Оптические свойства коллоидных растворов. Закон рэлея

Особые оптические свойства коллоидных растворов обусловлены их главными особенностями: дисперсностью и гетерогенностью. На оптические свойства дисперсных систем в значительной степени влияют размер и форма частиц. Прохождение света через коллоидный раствор сопровождается такими явлениями, как поглощение, отражение, преломление и рассеяние света. Преобладание какого-либо из этих явлений определяется соотношением между размером частиц дисперсной фазы и длиной волны падающего света. В грубодисперсных системах в основном наблюдается отражение света от поверхности частиц. В коллоидных растворах размеры частиц сравнимы с длиной волны видимого света, что предопределяет рассеяние света за счѐт дифракции световых волн.

Светорассеяние в коллоидных растворах проявляется в виде опалесценции – матового свечения (обычно голубоватых оттенков), которое хорошо заметно на тѐмном фоне при боковом освещении золя. Причиной опалесценции является рассеяние света на коллоидных частицах за счѐт дифракции. С опалесценцией связано характерное для коллоидных систем явление – эффект Тиндаля: при пропускании пучка света через коллоидный раствор с направлений, перпендикулярных лучу, наблюдается образование в растворе светящегося конуса.

Процесс дифракционного светорассеяния на частицах, размер которых значительно меньше длины волны описывается уравнением Рэлея:

, (2.2.102)

где I – интенсивность рассеянного света; I₀ – интенсивность падающего света; А – постоянная

33. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ. Молекулярно - кинетическими называются свойства, которые обусловлены хаотическим тепловым движением частиц. Применительно к коллоидным растворам к этим свойствам следует отнести броуновское движение, диффузию и седиментацию.

Броуновское движение — беспорядочное, хаотичное движение коллоидно - и микроскопически-дисперсных частиц. Название дано по имени английского ученого Р. Броуна, открывшего это явление в 1827 г. Броуновское движение дисперсных частиц происходит вследствие непрерывного колебательного движения молекул дисперсионной среды. Интенсивность движения тем выше, чем больше температура, меньше вязкость среды и выше степень дисперсности.

Диффузия — самопроизвольный процесс перемещения вещества в результате беспорядочного теплового движения частиц, вследствие которого происходит выравнивание концентрации раствора. Скорость диффузии зависит от формы и размеров частиц, температуры и вязкости среды. Скорость диффузии коллоидных частиц меньше скорости диффузии частиц в истинных растворах.

Осмотическое давление коллоидных растворов значительно ниже, чем в истинных растворах той же концентрации. Объясняется это тем, что коллоидные частицы как по величине, так и по массе в огромное число раз больше обычных молекул. Вследствие этого и количество их в коллоидном растворе во столько же раз меньше, чем в молекулярном растворе, а осмотическое давление коллоидов пропорционально числу частиц в единице объема.

Седиментация — оседание (или всплывание) частиц в дисперсионной среде под действием гравитационного поля. Фактором, противодействующим седиментации, является диффузия, стремящаяся выравнять концентрации по всему объему. Действие гравитационных сил оказывается преобладающим лишь для более крупных частиц. Для мелких частиц скорость диффузии достаточна, чтобы предотвратить их оседание. Совокупное действие седиментации и диффузии приводит к установлению с течением времени седиментационного равновесия, характеризующегося постепенным уменьшением концентрации от нижних к верхним слоям раствора.