Proprietati optice ale sistemelor disperse

Proprietati optice ale sistemelor disperse. Difuzia luminii

Primele studii experimentale sistematice asupra proprietatilor optice ale coloizilor se datoresc lui Faraday (1857) care a cercetat soluri de aur.

Proprietatile optice ale dispersiilor coloidale pot fi studiate prin intermediul metodelor care implica interactiunea radiatiei cu materia. Cand un fascicul de lumina traverseaza un sistem coloidal, o parte de lumina poate fi absorbita (ceia ce determina culoarea sistemului), o alta parte este difuzata (imprastiata) si o parte este transmisa.

Metodele clasice de studiu al coloizilor se bazeaza pe difuzia luminii.

Prima teorie riguroasa asupra difuziei luminii apartine lui Rayleigh (1871).

El a explicat ca cerul are culoarea albastra datorita difuziei luminii de catre atmosfera terestra. In schimb la rasaritul si apusul soarelui cerul apare rosiatic deoarece se observa lumina transmisa si nu cea difuzata.

Difuzia luminii este cauzata de eterogenitatea optica a mediului de dispersie.Investigarea proprietatilor optice ale sistemelor disperse permite studierea structurii acestora, determinarea marimii si formei particulelor, determinarea concentratiei.

In sistemele diosperse cu perticule mari (pseudocoloizi) are loc si reflectia luminii pe suprafata particulelor.

Difuzia luminii reprezinta o cauza a numeroase fenomene naturale: culoarea albastra a cerului, curcubeul, aurorele boreale, turbiditatea sau opalescenta unor sisteme lichide sau solide. Fenomenul a fost descoperit de Tyndall (1868). Datorita luminii difuzate sistemele coloidale pot fi usor recunoscute fata de sistemele moleculare prin asa numitul efect Tyndall. Trecerea unui fascicul luminos printr-un sistem coloidal este insotita de formarea unui con luminos stralucitor daca observarea se face pe directia perpendiculara fata de directia de propagare a luminii.

Toate sistemele difuzeaz lumina ntr-o anumit msur, inclusiv sistemele omogene cum sunt lichidele pure sau gazele; n acest caz difuzia luminii se explic prin fluctuaiile de densitate care perturb omogenitatea mediului. Fenomenul este ns pregnant (efect Tyndall) la dispersiile coloidale n care particulele au indicele de refracie diferit de cel al mediului de dispersie sisteme neomogene din punct de vedere optic. Astfel se explic turbiditatea pronunat a multor emulsii i suspensii la lumina obinuit a zilei. Proiectnd un fascicul de lumin printr-o dispersie coloidal i privind perpendicular pe direcia incident, drumul fasciculului devine vizibil.

Pe acest fapt se bazeaz funcionarea ultramicroscopului, fiecare punct luminos aprut n cmpul ntunecat al aparatului indicnd prezena unei particule coloidale. Nefelometria este o alt metod de studiu a sistemelor disperse n care se evalueaz lumina difuzat.

Intensitatea, polarizarea i distribuia unghiular a luminii difuzate de un sistem dispers depind de dimensiunile, forma i concentraia particulelor difuzante. Dac dimensiunea particulelor (sferice) este mic n comparaie cu lungimea de und a luminii i ele nu absorb lumina (sunt incolore), intensitatea luminii difuzate Id este, dup Rayleigh:

Id = I0(1 + cos2()

(1.40)unde I0 reprezint intensitatea luminii incidente, R distana la care se face observarea, ( unghiul dintre direcia de observare i cea incident, nv numrul de particule din unitatea de volum a sistemului, v volumul fiecrei particule, n1 indicele de refracie al fazei disperse, n2 cel al mediului i ( lungimea de und a luminii.

Printre altele, ecuaia (1.40) (Id = const((4) explic faptul c lumina difuzat este bogat n radiaii cu lungime de und mic (albastre) dac lumina incident este alb (cazul culorii cerului).

Metode experimentale Metoda difuziometrica - permite masurarea directa a intensitatii luminii difuzate dupa diferite directii ce fac anumite unghiuri cu directia initiala depropagare a luminii.

Metoda turbidimetrica - permite masurarea intensitatii luminii transmise . Se aplica sistemelor coloidale cu difuzie puternica.Metoda nefelometrica - permite analiza cantitativa in sisteme coloidale la concentratii foarte mici.. Este o metoda mai precisa decat alte metode analitice. Se poate folosi la determinarea urmelor de proteina in apa.

Metode fotometrice se folosesc pentru determinarea gradului de dispersie in soluri incolore. Acestea nu absorb in vizibil. Totusi, datorita fenomenului de difuzie ele apar usor colorate in albastrui. In 1930 Teorell a indicat o metola de determinare a gradului de dispersie a solurilor incolore (Lucrare de laborator),

Metode microscopice- a) Metoda ultramicroscopica - poate face aprecieri calitative privind forma particulelor coloidale. Dimensiunea particuleor nu poate fi estimata.

b) Microscopul electronic permite studiul direct al dimensiunilor si a formei particuleor intr-un sistem coloidal.

c) Microscopul de forta atomica - permite determinarea directa a dimensiunii si a formei particuleor pana la 1 nm Difractia de raze X a dovedit ca majoritatea particulelor coloidale au o structura organizata, cristalina. Partticulele coloidale sunt constituite din microcristale instabile termodinamic, care in timp tind sa creacsa, dupa care are loc agregarea cristalelor.. Uneori particulele coloidale sunt amorfe, da in timp trec in forma cristalina, stabila.

De completat cu lucrarea de laborator:Determinarea gradului de dispersie a solurilor incolore (pag 107 -109)

PAGE 3

_996488963.unknown