Київський національний університет технологій та дизайну
Реферат на тему
Явище опалесценції та його природа
Виконала студентка 2 курсу
Групи БХФ-1-18
Івасик Ірина Вікторівна
ЗМІСТ
Поняття опалесценції
Флуоресценція
Ефект Тиндаля
Оптична схема щілинного ультрамікроскопа
Теорія світлорозсіювання (опалесценції) Релея
ВИСНОВОК
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
Опалесценція - розсіювання світла колоїдної системою, в якій показник заломлення частинок дисперсної фази відрізняється від показника заломлення дисперсійного середовища.
Н
а це явище першим звернув увагу Фарадей (1857 р.), а потім Тиндаль (1869р.). Тиндаля спостерігав утворення конуса, який світиться при пропусканні світла крізь колоїдний розчин золота.
Явище утворення конусу Тиндаля використовується для того щоб відрізняти колоїдні розчини від розчинів низькомолекулярних речовин.
Розсіювання світла спостерігається у всіх дисперсних системах, починаючи від грубодисперсних до колоїдних. Але механізм розсіювання світла різний та залежить від розмірів частинок дисперсної фази.
В грубодисперсних системах розміри частинок більші за довжину хвилі, падаючого на них світла, розсіювання світла відбувається в наслідок хаотичного відображення та заломлення променів на межі розділу фаз. Промені різної довжини хвилі заломлюються однаково: якщо падаюче світло – біле, тоді і заломлене світло теж біле, каламуть або осад свідчать про наявність в пробі хлоридів.
В колоїдних розчинах розміри частинок менші за довжину хвилі падаючого світла. Промені не можуть відображатись від таких частинок, тому колоїдні частинки не помітні в оптичні мікроскопи. Розсіювання світла в колоїдних системах відбувається завдяки дифракції, сутність цього явища в тому, що промені світла обминають колоїдні частинки та змінюють свій напрямок, відбувається розсіювання у всі напрямки.
Інтенсивність світла розсіяного в наслідок дифракції при проходженні через колоїдну систему, залежить від кількості та розмірів колоїдних частинок, а також від довжини хвилі падаючого світла. Ця залежність описується рівнянням Релея, яке використовується тільки для колоїдних систем (1-100 нм.) Характерно, що інтенсивність розсіяного світла залежить від довжини хвилі падаючого світла. Якщо падаюче світло складається з хвиль різної довжини (біле світло) – більшою мірою будуть розсіюватись короткі хвилі. Тому розсіяне світло від джерела білого світла має блакитний колір.
Наприклад: гідрозоль сірки при спостереженні під прямим кутом до напрямку падаючих променів має блакитний колір. Світло, яке пройшло крізь гідрозоль сірки має червоно-жовтий колір, тому що промені блакитного кольору розсіялись.
Червоно- блакитний
жовтий
Блакитний колір неба пояснюється тим, що відбувається розсіювання коротких хвиль сонячного світла атмосферою Землі (спостерігаємо промені під кутом до напрямку падаючого світла).
Червоний колір неба – ми спостерігаємо світло яке пройшло через атмосферу. Лампи блакитного кольору використовують якщо необхідно щоб вони залишалися непомітними з літаків, в зв’язку з тим, що крізь товстий шар атмосфери вони повністю розсіюються. Навпаки, червоне світло використовується для позначення небезпечних зон на льотному полі, для сигнальних ламп.
Опалесценція зовнішньо схожа на флуоресценцію, яка спостерігається в деяких розчинах низькомолекулярних речовин. Однак природа флуоресценції зовсім інша.
Флуоресценція
Флуоресценція – явище внутрішньомолекулярне, зв’язане з вибірковим поглинанням світла речовиною. Світло поглинається молекулами речовини, а потім трансформується в коливання іншої частоти. При флуоресценції розчин має різні кольори при спостереженні під кутом до напрямку падаючих променів та при спостереженні за світлом яке пройшло крізь розчин. Довжина хвилі світла, яке випромінює речовина при флуоресценції завжди більша ніж довжина хвилі світла, яке поглинається.
Флуоресценцію викликає короткохвильова частина спектра, а опалесценцію – будь-яке світло. Цим можна відрізнити одне явище від іншого.
Якщо біле світло пропускати крізь червоний світлофільтр (який пропускає тільки довгохвильову частину спектру) то флуоресценція не буде спостерігатися. Це ж світло проходячи крізь колоїдній розчин дає можливість спостерігати явище Тиндаля (опалесценцію).
ТИНДАЛЯ ЕФЕКТ — світіння оптично неоднорідного середовища внаслідок розсіяння світла, яке через нього проходить. Даний ефект є характерним для дисперсних систем (напр. гідрозолів, аерозолів) із низькою концентрацією частинок дисперсної фази, які мають показник заломлення, що відрізняється від показника заломлення дисперсійного середовища. Тиндаля ефект може спостерігатися у вигляді світлого конуса на темному фоні (конус Тиндаля) при розгляданні дисперсної системи під певним кутом (зазвичай 90°) до напрямку проходження через неї сфокусованого пучка світла. Механізм розсіяння світла в дисперсних системах різний і залежить від співвідношення розміру частинок а дисперсної фази і довжини хвилі світла λ, яка для видимого світла знаходиться у межах 380–760 нм. Якщо
а < 0,1λ, (1)
то розсіяння світла буде релєєвським або пружним. Умова (1) справедлива для високодисперсних систем, розмір частинок дисперсної фази яких не перевищує 76 нм. Якщо розмір частинок знаходиться в діапазоні
0,1λ< a ≤ λ, (2)
то основною причиною розсіяння світла стає дифракція. Умові (2) відповідають високодисперсні системи з відносно великими частинками дисперсної фази і мікрогетерогенні системи з відносно невеликими частинками, а саме а
38–760 нм. Оптичні властивості дисперсних систем з розміром частинок a>λ визначаються законами геометричної оптики. Тиндаля ефект за фізичною природою — те ж саме явище, що й опалесценція. Традиційно перший термін застосовують до інтенсивного розсіяння світла в обмеженому просторі у напрямку променя, що падає, а другий — до слабкого розсіяння світла всім об’ємом системи, що досліджується. Тиндаля ефект лежить в основі оптичних методів виявлення, визначення розміру і концентрації частинок у дисперсних системах, які знайшли застосування у фармації.Поняття опалесценції
Флуоресценція
Ефект Тиндаля
Оптична схема щілинного ультрамікроскопа
Теорія світлорозсіювання (опалесценції) Релея
В грубодисперсних системах розміри частинок більші за довжину хвилі, падаючого на них світла, розсіювання світла відбувається в наслідок хаотичного відображення та заломлення променів на межі розділу фаз. Промені різної довжини хвилі заломлюються однаково: якщо падаюче світло – біле, тоді і заломлене світло теж біле, каламуть або осад свідчать про наявність в пробі хлоридів.
В колоїдних розчинах розміри частинок менші за довжину хвилі падаючого світла. Промені не можуть відображатись від таких частинок, тому колоїдні частинки не помітні в оптичні мікроскопи. Розсіювання світла в колоїдних системах відбувається завдяки дифракції, сутність цього явища в тому, що промені світла обминають колоїдні частинки та змінюють свій напрямок, відбувається розсіювання у всі напрямки.
Опалесценція, що з'явилася у випробуваному розчині, не повинна бути інтенсивніше, ніж у стандартному розчині. Якщо парафін витримує дане випробування, то він не містить сульфатів.
Опалесценція вказує на досягнення еквівалентної точки титрування. Якщо в розчині присутній вільна синильна кислота, то він каламутніє після першої ж краплі розчину AgN03 внаслідок утворення нерозчинного у воді ціаніду срібла. Тому вільна HCN повинна бути попередньо нейтралізована гідроокисом натрію. В якості індикатора в цьому аналізі використовують йодид калію. Застосування його має ту перевагу, що йодид срібла, нерозчинний в розчинах NaOH, легко розчинний в лужному ціанідів. Він осаджується з розчину раніше ціаніду срібла, що дозволяє встановити кінець титрування більш точно.
Опалесценція, що з'явилася у випробуваному розчині, не повинна перевищувати еталон.
Опалесценція колоїдних розчинів, як уже зазначалося, - надійна ознака для встановлення колоїдної розчиненої речовини. Однак у деяких випадках можливе виникнення труднощів. Справа в тому, що опалесценція дуже схожа на флуоресценцію. Вона полягає в тому, що розчин при спостереженні у відбитому світлі має інше забарвлення, ніж у прохідному, і в ньому можна бачити типовий конус Тиндаля. Однак природа цих двох явищ різна..
Флуоресценція - явище внутрішньомолекулярне, пов'язане з поглинанням світла розчиненим речовиною. Світло поглинається розчиненим речовиною і знову випускається, але вже іншої частоти.
Опалесценцію колоїдних розчинів за зовнішнім виглядом неможливо відрізнити від флуоресценції істинних розчинів. Щоб відрізнити опалесценцію від флуоресценції, достатньо скористатися червоним світлофільтром. Флуоресценція порушується, як правило, короткохвильової частиною спектру, внаслідок чого при освітленні розчину червоним світлом флуоресценція зникає, а опалесценція немає.
Якщо опалесценції неоднакові, повертають вміст обох пробірок назад в посудину з аналізованим розчином (при цьому додані реактиви нейтралізують один одного) і продовжують титрування.
При опалесценції, під дією білого світла, при бічному освітленні безбарвні колоїдні системи виявляють синювату забарвлення. Навпаки, в світлі, що проходить ці колоїдні системи пофарбовані в червонуватий колір, так як при проходженні через колоїдний розчин із спектру в результаті розсіювання вибувають промені синього світла. При освітленні системи монохроматичним світлом описаного явища, природно, не спостерігається, так як при цьому розсіяне світло може містити тільки таку ж хвилю, що і падаючий.
Допускається незначна опалесценція, обумовлена наявністю солей сірчанокислого або фосфорнокислого заліза. Допускається слабка опалесценція розчину. Допускається слабка опалесценція смоли.
УФ-спектр нефракціонованих синтетичних амфолітів-носіїв (1% - ний розчин з діапазоном рН 3 - 10 (dl см. Поява опалесценції або випадання осаду свідчить про зростання мікроорганізмів. Для очищення рекомендується ультрафільтрація або центрифугування. Рекомендується зберігання при 4 С або в замороженому стані. Поглинання в УФ-області: амфолітом володіють низьким поглинанням видимій частині спектру. Поглинання в УФ-області сильно знижується аж до 260 нм.
Явище опалесценції обумовлено дифракцією світла і виражається тим різкіше, чим більше різниця в показниках заломлення речовин дисперсної і дисперсійного фаз. З цієї причини більшість розчинів високомолекулярних сполук, хоча і маючи колоїдну ступінь дисперсності розчиненої речовини, опалесціює слабкіше; достатньо порівняти по опалесценції такі золі, як золі золота, срібла, As2S3 з розчином білка, желатини, в яких опалесценція ледве помітна.
Теорію опалесценції найпростіше побудувати, розрахувавши розсіювання світла від однієї частинки і перенісши потім отриманий результат на сукупність частинок. У простому випадку розглядається розсіювання світла сферичними частинками, так як тільки при повній симетрії їх форми розсіювання не залежить від положення частинки по відношенню до площини, утвореної падаючим променем і напрямком спостереження. Якщо частинка має анізометричну форму, то необхідно враховувати залежність розсіяння від орієнтації частинки по відношенню до зазначеної площині. При абсолютно хаотичному розташуванні часток все орієнтації їх рівно ймовірно, що призводить до усереднення, і розсіювання світла знову підпорядковується формулі для частинок сферичної форми (при досить малих розмірах) з деяким ефективним радіусом. Якщо з якихось причин анізометричні частинки орієнтовані, то формула, що описує середнє розсіювання від однієї частинки, відповідає формі й орієнтації частинки у випадку повної орієнтації або якийсь ефективній формі в разі часткової орієнтації.
Явище опалесценції за своїми зовнішніми ознаками схоже з явищем флуоресценції, природа якого пов'язана з внутрішньомолекулярним процесом. У разі флуоресценції частина падаючого світлового променя спочатку вибірково поглинається, а потім знову випускається (розсіюється), але вже з іншої (зазвичай більшої) довжиною хвилі.
Оптична схема щілинного ультрамікроскопа
Явище опалесценції забарвлених колоїдних розчинів називається дихроїзм. Криві пропускання чотирьох тітановофторсилікатних стекол. Під опалесценцією розуміють подвійне фарбування високодисперсних систем, що виявляють слабке або цілком помітне помутніння.
Якщо помічається опалесценція, то глуху пробу також беруть з додаванням полісахариду, але в цьому випадку динітросаліцилову кислоту і воду для розбавлення вносять тільки після охолодження.
Якщо ж опалесценція з’являється негайно, то пропускають H2S ще 1 хв і повторюють випробування.
Каламутність при опалесценції не слід змішувати з мутністю в простих суспензіях і емульсіях, яка помітна і в минаючому світлі і природа якої інша, як вже зазначалося вище.
Однак максимум опалесценції припадає на колоїдні системи. Тому методом Тиндаля можна безпомилково користуватися для визначення приналежності даної системи до колоїдів.
На явищі опалесценції (конуса Фарадея - Тиндаля) і закону світлорозсіювання Pелея засновано також дія вельми важливого оптичного приладу нефелометрія, або за старим найменуванню-тиндалеметрія, для визначення інтенсивності світлорозсіювання (опалесценції) в колоїдних розчинах і ступеня каламутності в суспензіях, емульсіях і аерозолях.
На явищі опалесценції і законі світлорозсіювання Релея заснована дія вельми важливого оптичного приладу нефелометрія, за допомогою якого вимірюють інтенсивність опалесценції колоїдного розчину, а також ступінь каламутності суспензії або емульсії.
Поряд з опалесценцією золи мають різні кольорові забарвлення. Так, гідрозолів заліза забарвлений в червоно-бурий колір, гідрозолі золота в залежності від ступеня дисперсності пофарбовані в різні кольори - червоний, синій, зелений та інші. Багато дорогоцінних мінералів - аметисти, рубіни, топази та інші мають забарвлену дисперсну фазу.
Для пояснення забарвлення колоїдних розчинів слід враховувати два явища - розсіювання світла частками і поглинання світла, зване абсорбцією.
Світлорозсіювання, або опалесценція, належить до дифракційних явищ, обумовленим неоднорідностями, розміри яких менше-довжини хвилі падаючого світла. Такі неоднорідності розсіюють світло у всіх напрямках.
Теорія світлорозсіювання (опалесценції) Релея
Теорія світлорозсіювання (опалесценції) для сферичних, непоглинаючих світла частинок, була розвинена Релеєм. У дисперсної системі в якості неоднорідності виступає частинка дисперсної фази.
Світлорозсіювання, або опалесценція, належить до дифракційних явищ, обумовленим неоднорідностями, розміри яких менше довжини хвилі падаючого світла. Такі неоднорідності розсіюють світло у всіх напрямках. Не повинно з'являтися опалесценції при змішуванні продукту з бензином.
ВИСНОВОК
Отже, явище опалесценції - розсіювання світла колоїдної системою, в якій показник заломлення частинок дисперсної фази відрізняється від показника заломлення дисперсійного середовища.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2004—2013.
Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. — М., 2001; Шиц Л.А. Тиндаля эффект. В кн.: Физическая энциклопедия. — М., 1998. — Т. 5.