Оптическое свойство коллоидных систем Учение об оптических свойствах коллоидных и микрогетерогенных систем является одним из основных разделов коллоидной химии. Оптические свойства золя определяются свойствами коллоидных частиц, поэтому, изучая оптические свойства системы, можно установить размер, форму и строение частиц, не видимых в обычный микроскоп. С помощью ультрамикроскопических наблюдений коллоидных систем удалось проверить основные молекулярно-кинетические представления, долгое время носившие гипотетический характер; изучение оптических свойств способствовало количественному толкованию таких процессов, как диффузия, броуновское движение, седиментация, коагуляция. Наконец, ввиду того, что космическая пыль, туманы, облака и тончайшие взвеси твердых частиц в морской и речной водах являются коллоидными и микрогетерогенными системами, сведения об оптических свойствах этих систем имеют и весьма важное практическое приложение в астрофизике, метеорологии, оптике моря. Вождение самолетов и кораблей в тумане, фотографирование с помощью инфракрасных лучей также имеют непосредственное отношение к оптике коллоидных систем. Эта область науки сделала значительные успехи в последние годы в связи с развитием авиации, астронавтики и т. д.
47)Эффект Фарадея – Тиндаля. Опалистенция и флуоресценция. Эффект Фарадея – Тиндаля - свечение оптически неоднородной среды вследствие рассеяния проходящего через неё света. Обусловлен дифракцией света на отд. частицах или элементах структурной неоднородности среды, размер к-рых намного меньше длины волны рассеиваемого света. Характерен для коллоидных систем (напр., гидрозолей, табачного дыма) с низкой концентрацией частиц дисперсной фазы, имеющих показатель преломления, отличный от показателя преломления дисперсионной среды. Обычно наблюдается в виде светлого конуса на тёмном фоне (конус Тиндаля) при пропускании сфокусированного светового пучка сбоку через стеклянную кювету с плоскопараллельными стенками, заполненную коллоидным раствором. Коротковолновая составляющая белого (немонохроматического) света рассеивается коллоидными частицами сильнее длинноволновой, поэтому образованный им конус Тиндаля в непоглощающем золе имеет голубой оттенок.
По существу то же, что опалесценция. Но традиционно первый термин относят к интенсивному рассеянию света в ограниченном пространстве по ходу падающего луча, а второй-к слабому рассеянию света всем объёмом наблюдаемого объекта. На явление свечения неоднородной среды при прохождении через неё света впервые обратил внимание M. Фарадей (M. Faraday, 1857). Дж. Тиндаль (J. Tyndall), по имени к-рого оно получило своё название, подробно описал его (1868), а Дж. Рэлей (J. Rayleigh) и Г. Ми (G. Mie) дали ему (соответственно в 1871 и 1908) теоретич. трактовку. T. э. воспринимается невооружённым глазом как равномерное и непрерывное свечение нек-рой части объёма рассеивающей свет системы. На самом деле свет исходит от отд. точек-дифракционных пятен, хорошо различимых под оптич. микроскопом при достаточно сильном освещении разбавленного золя. Интенсивность рассеянного в данном направлении света (при пост. параметрах падающего света) зависит от числа рассеивающих частиц и их размера.
Это проявляется опалесценцией в виде голубоватого матового свечения при освещении боковым светом. При пропускании параллельного пучка света через коллоидный раствор наблюдается конус рассеянного света - эффект Тиндаля. По способности рассеивать свет можно определять концентрацию коллоидных частиц в растворе - метод нефелометрии. Опалесценция (светорассеяние) наблюдается только тогда, когда длина световой волны больше размера частицы дисперсной фазы. Если длина световой волны много меньше диаметра частицы, происходит отражение света, проявляющееся в мутности. Рассеянный свет имеет ту особенность, что он распространяется во всех направлениях. Интенсивность рассеянного света в различных направлениях различна. С опалесценцией внешне сходна, флуоресценция, характерная для истинных растворов некоторых красителей. Она заключается в том, что раствор при наблюдении в отраженном свете имеет иную окраску, чем в проходящем, и в нем можно видеть такой же конус Тиндаля, что и в типичных коллоидных системах. Однако по существу это совершенно различные явления. Опалесценция возникает в результате рассеяния света, при этом длина волны рассеянного света та же, что и падающего. Флуоресценция же представляет собой внутримолекулярное явление, заключающееся в селективном поглощении молекулой вещества светового луча и в трансформировании его в световой луч с другой, большей длиной волны.
47. Поверхностные явления. Смачивание и растекание. Пове́рхностные явле́ния — совокупность явлений, обусловленных особыми свойствами тонких слоёв вещества на границе соприкосновения фаз. К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие на границе раздела фаз, в межфазном поверхностном слое и возникающие в результате взаимодействия сопряжённых фаз.
Поверхностные явления обусловлены тем, что в поверхностных слоях на межфазных границах вследствие различного состава и строения соприкасающихся фаз и соответственно из-за различия в связях поверхностных атомов и молекул со стороны разных фаз существует ненасыщенное поле межатомных, межмолекулярных сил. Вследствие этого атомы и молекулы в поверхностных слоях образуют особую структуру, а вещество принимает особое состояние,
отличающееся от его состояния в объеме фаз различными свойствами. Поверхностные явления изучаются коллоидной химией. Значение поверхностных явлений Поверхностные явления широко распространены в химической технологии. Практически любое химическое производство осуществляется с применением дисперсных систем и поверхностных явлений. Как правило, все гетерогенные процессы в химической технологии проводят при максимальной поверхности контакта фаз. Для этого системы вещества переводят в состояние суспензий, порошков, эмульсий, туманов, пылей. Процессы измельчения сырья и промежуточных продуктов, обогащение протекают в дисперсных системах, значительную роль в них играют такие явления как смачивание, капиллярность, адсорбция, седиментация, коагуляция. Широко распространены в химической технологии пористые адсорбенты и катализаторы, представляющие собой дисперсную систему с твердой дисперсионной средой. Закономерности протекания поверхностных явлений, в частности структурообразования, служат теоретической основой получения материалов с заданными свойствами: керамики, цементов, ситаллов, сорбентов, катализаторов, полимеров, порохов, лекарственных средств и т. п. Смачивание явление, возникающее при соприкосновении жидкости с поверхностью твёрдого тела или другие жидкости. Оно выражается, в частности, в растекании жидкости по твёрдой поверхности, находящейся в контакте с газом (паром) или другой жидкостью, пропитывании пористых тел и порошков, искривлении поверхности жидкости у поверхности твёрдого тела. Так, С. вызывает образование сферического Мениска в капиллярной трубке, определяет форму капли на твёрдой поверхности или форму газового пузырька, прилипшего к поверхности погруженного в жидкость тела. С. часто рассматривают как результат межмолекулярного (вандерваальсова) взаимодействия в зоне контакта трёх фаз (тел, сред). Однако во многих случаях, например при соприкосновении жидких металлов с твёрдыми металлами, окислами, алмазом, графитом, С. обусловлено не столько межмолекулярным взаимодействием, сколько образованием химических соединений, твёрдых и жидких растворов, диффузионными процессами в поверхностном слое смачиваемого тела. Тепловой эффект, сопровождающий соприкосновение жидкости со смачиваемой поверхностью, называется теплотой смачивания. Мерой С. обычно служит краевой угол θ между смачиваемой поверхностью и поверхностью жидкости на периметре С. (рис. 1). Угол θ отсчитывают со стороны жидкости. При статическом (равновесном) С. он связан с поверхностным натяжением (См. Поверхностное натяжение) жидкости (σж), поверхностным натяжением твёрдого тела (σт) и межфазным натяжением на границе твёрдое тело — жидкость (σтж) уравнением Юнга: cosθ = (σт — σ тж) / (ж. Величиной угла θ оценивают лиофильность (См. Лиофильность и лиофобность) и лиофобность (См. Лиофильность и лиофобность) поверхностей по отношению к различным жидкостям. На лиофильной поверхности жидкость растекается, т. е. имеет место частичное (0° <θ< 90°) или полное С. (θ→ 0°); на лиофобной — растекания не происходит (θ>90°) (см. рис. 2). Краевой угол зависит от соотношения сил сцепления молекул жидкости с молекулами или атомами смачиваемого тела (Адгезия) и сил сцепления молекул жидкости между собой (Когезия
). Обратимую работу адгезии и когезии вычисляют соответственно по уравнениям: Wa =σж (1 + cosθ) и Wk= 2σж. При Wa<wK всегда θ>0°, причём с увеличением отношения Wa<wk улучшается С. Разность S = Wa/Wk называется коэффициентом растекания. Часто наблюдаемая задержка в установлении равновесных краевых углов называется гистерезисом С. Различают кинетический (динамический) и статический гистерезис С. Причиной гистерезиса может быть шероховатость поверхности, особенности структуры поверхностного слоя, релаксационные процессы в жидкой фазе и др. Если твёрдое тело соприкасается одновременно с двумя несмешивающимися жидкостями, происходит избирательное С. Эффективные регуляторы С. — Поверхностно-активные вещества, которые могут как улучшать, так и ухудшать С.</w</w