Em ambientes nebulosos, a luz violeta e azul dispersam mais, enquanto a luz laranja e vermelha dispersam menos.

O efeito Tyndall foi descoberto como resultado de cientistas estudando a interação dos raios de luz com vários meios. Ele descobriu que quando os raios de luz passam por um meio contendo uma suspensão das menores partículas sólidas - por exemplo, ar empoeirado ou enfumaçado, soluções coloidais, vidro turvo - o efeito de espalhamento diminui à medida que a cor espectral do feixe muda de violeta-azul para parte amarelo-vermelho do espectro. Se, por outro lado, a luz branca, como a luz solar, passa por um meio turvo, que contém todo o espectro de cores, então a luz na parte azul do espectro é parcialmente espalhada, enquanto a intensidade do verde-amarelo -parte vermelha da luz permanece praticamente a mesma. Portanto, se olharmos para a luz espalhada depois que ela passou por um meio turvo longe da fonte de luz, ela nos parecerá mais azul do que a luz original. Se olharmos para a fonte de luz ao longo da linha de dispersão, isto é, através de um meio turvo, a fonte nos parecerá mais vermelha do que realmente é. É por isso que a neblina dos incêndios florestais, por exemplo, nos parece azul-púrpura.

O efeito Tyndall ocorre durante a dispersão por partículas suspensas, cujo tamanho excede o tamanho dos átomos em dezenas de vezes. Quando as partículas em suspensão são aumentadas para tamanhos da ordem de 1/20 do comprimento de onda da luz (a partir de cerca de 25 nm e acima), o espalhamento torna-se policromo, ou seja, a luz começa a se espalhar uniformemente em toda a faixa visível de cores do roxo ao vermelho. Como resultado, o efeito Tyndall desaparece. É por isso que neblina densa ou nuvens cumulus parecem brancas para nós - elas consistem em uma densa suspensão de poeira de água com diâmetros de partículas de mícrons a milímetros, o que está bem acima do limite de dispersão de Tyndall.

Você pode pensar que o céu parece azul para nós devido ao efeito Tyndall, mas não é. Na ausência de nuvens ou fumaça, o céu fica azul-azulado devido à dispersão da "luz do dia" nas moléculas de ar. Esse tipo de espalhamento é chamado dispersão de Rayleigh(em homenagem a Sir Rayleigh; veja o critério de Rayleigh). O espalhamento Rayleigh espalha a luz azul e ciano ainda mais do que o efeito Tyndall: por exemplo, a luz azul com comprimento de onda de 400 nm se espalha no ar limpo nove vezes mais forte do que a luz vermelha com comprimento de onda de 700 nm. É por isso que o céu nos parece azul - a luz do sol se espalha por toda a faixa espectral, mas na parte azul do espectro é quase uma ordem de magnitude mais forte do que no vermelho. Os raios ultravioletas que causam queimaduras solares são ainda mais dispersos. É por isso que o bronzeado é distribuído de maneira bastante uniforme pelo corpo, cobrindo até as áreas da pele que não são expostas à luz solar direta.

PROPRIEDADES ELETROCINÉTICAS DE COLOIDES

Os fenômenos eletrocinéticos são divididos em dois grupos: diretos e reversos. Os diretos incluem aqueles fenômenos eletrocinéticos que ocorrem sob a ação de um campo elétrico externo (eletroforese e eletroosmose). O inverso é chamado de fenômeno eletrocinético, em que, durante o movimento mecânico de uma fase em relação a outra, surge um potencial elétrico (o potencial de fluxo e o potencial de sedimentação).

A eletroforese e a eletroosmose foram descobertas por F. Reiss (1808). Ele descobriu que, se dois tubos de vidro são imersos em argila úmida, preenchidos com água e eletrodos são colocados neles, quando uma corrente contínua é passada, as partículas de argila se movem em direção a um dos eletrodos.

Este fenômeno de movimento de partículas da fase dispersa em um campo elétrico constante foi chamado de eletroforese.

Em outro experimento, a parte central de um tubo em forma de U contendo água foi preenchida com quartzo triturado, um eletrodo foi colocado em cada cotovelo do tubo e uma corrente direta foi passada. Depois de algum tempo, no joelho, onde o eletrodo negativo estava localizado, observou-se um aumento no nível da água, no outro - uma queda. Após desligar a corrente elétrica, os níveis de água nos cotovelos do tubo foram equalizados.

Este fenômeno de movimento de um meio de dispersão em relação a uma fase dispersa estacionária em um campo elétrico constante é chamado de eletroosmose.

Mais tarde, Quincke (1859) descobriu um fenômeno inverso à eletroosmose, chamado potencial de percolação. Consiste no fato de que quando um fluido escoa sob pressão através de um diafragma poroso, surge uma diferença de potencial. Argila, areia, madeira e grafite foram testados como materiais de diafragma.

O fenômeno, o inverso da eletroforese, e chamado de potencial de sedimentação, foi descoberto por Dorn (1878). Quando as partículas da suspensão de quartzo assentaram sob a ação da gravidade, surgiu uma diferença de potencial entre os níveis de diferentes alturas no vaso.

Todos os fenômenos eletrocinéticos são baseados na presença de uma dupla camada elétrica no limite das fases sólida e líquida.

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18. Propriedades ópticas especiais de soluções coloidais devido às suas principais características: dispersão e heterogeneidade. As propriedades ópticas de sistemas dispersos são amplamente afetadas pelo tamanho e forma das partículas. A passagem da luz através de uma solução coloidal é acompanhada por fenômenos como absorção, reflexão, refração e espalhamento da luz. A predominância de qualquer um desses fenômenos é determinada pela razão entre o tamanho de partícula da fase dispersa e o comprimento de onda da luz incidente. NO sistemas grosseiros principalmente a reflexão da luz da superfície das partículas é observada. NO soluções coloidais tamanhos de partículas são comparáveis ​​ao comprimento de onda da luz visível, que determina a dispersão da luz devido à difração das ondas de luz.

A dispersão de luz em soluções coloidais se manifesta na forma opalescência– um brilho fosco (geralmente de tons azulados), que é claramente visível contra um fundo escuro com iluminação lateral do sol. A causa da opalescência é a dispersão da luz em partículas coloidais devido à difração. A opalescência está associada a um fenômeno característico de sistemas coloidais - Efeito Tyndall: quando um feixe de luz é passado através de uma solução coloidal de direções perpendiculares ao feixe, observa-se a formação de um cone luminoso na solução.

Efeito Tyndall, espalhamento Tyndall é um efeito óptico, a dispersão da luz quando um feixe de luz passa por um meio opticamente não homogêneo. Geralmente é observado como um cone luminoso (cone de Tyndall) visível contra um fundo escuro.

É típico para soluções de sistemas coloidais (por exemplo, sóis metálicos, látex diluídos, fumaça de tabaco), nas quais as partículas e seu ambiente diferem no índice de refração. Vários métodos ópticos para determinar o tamanho, forma e concentração de partículas coloidais e macromoléculas são baseados no efeito Tyndall. .

19. Zoli - são substâncias pouco solúveis (sais de cálcio, magnésio, colesterol, etc.) existentes na forma de soluções coloidais liofóbicas.

Um fluido newtoniano é um fluido viscoso que obedece à lei de Newton do atrito viscoso em seu escoamento, ou seja, a tensão tangencial e o gradiente de velocidade em tal fluido são linearmente dependentes. O fator de proporcionalidade entre essas quantidades é conhecido como viscosidade.

O fluido newtoniano continua a fluir mesmo que as forças externas sejam muito pequenas, desde que não sejam estritamente zero. Para um fluido newtoniano, a viscosidade, por definição, depende apenas da temperatura e pressão (e também da composição química se o fluido não for puro), e não depende das forças que atuam sobre ele. Um fluido newtoniano típico é a água.

Um fluido não newtoniano é um fluido em que sua viscosidade depende do gradiente de velocidade. Normalmente, esses líquidos são altamente não homogêneos e consistem em grandes moléculas que formam estruturas espaciais complexas.

O exemplo doméstico ilustrativo mais simples é uma mistura de amido com uma pequena quantidade de água. Quanto mais rápido o impacto externo nas macromoléculas de ligante suspensas no líquido, maior sua viscosidade.

Lições objetivas:

Educacional: familiarizar os alunos com as propriedades ópticas de soluções coloidais.

Em desenvolvimento: expandir a compreensão dos alunos sobre as propriedades ópticas de soluções coloidais. Para desenvolver sua atividade cognitiva e a capacidade de destacar o principal na informação visual.

Nutrir: continuar a cultivar a atenção, a observação, os sentimentos estéticos, a capacidade de lidar com a tecnologia.

Recursos visuais: computador, tela, projetor.

Tecnologia: palestra utilizando TCO (tecnologia da computação).

Etapas da aula: I Parte Organizacional

Dispersão de luz em soluções coloidais. Efeito Tyndall-Faraday

As propriedades ópticas das soluções coloidais são determinadas pela dispersão da luz em soluções coloidais, a cor das soluções coloidais, a absorção da luz pelos coloides, a reflexão da luz pela superfície da partícula, bem como as propriedades ultramicroscópicas, microscópicas eletrônicas e de raios-x. . Muitas vezes, os sistemas coloidais são coloridos. A cor muda dependendo do grau de dispersão, da natureza química das partículas e de sua forma, pois esses fatores afetam a dispersão e a adsorção da luz. Sols de metais com alto grau de dispersão são geralmente vermelho ou amarelo escuro, e metais com baixo grau de dispersão são violeta ou azul pálido. Por exemplo, com um grau mais alto de finura, os sóis de ouro adquirem uma cor vermelha e, com um grau baixo, violeta e azul pálido. A cor dos sóis metálicos também depende do comprimento da onda de luz absorvida. Feixe de holofote, neblina, fumaça são incolores. A cor azul do céu é devido à dispersão da luz da luz solar nas camadas de ar.

Se o tamanho da partícula for maior que o comprimento de onda da luz, então, de acordo com a lei da ótica geométrica, a luz é refletida da superfície da partícula. No entanto, se as partículas são menores que o comprimento de onda da luz, então, entre os fenômenos ópticos observados, ocorre a dispersão da luz. Portanto, quando a luz passa através de sistemas dispersos em colóides e dispersos grosseiramente, a luz é espalhada por partículas da fase dispersa. Se você direcionar um feixe de um feixe de luz em um sistema disperso, seu caminho é visível quando visto de lado na forma de um cone luminoso. Esse fenômeno foi estudado primeiro por Faraday e depois com mais detalhes por Tyndall. Portanto, esse fenômeno é chamado de efeito Tyndall-Faraday.

Para observar o efeito Tyndall-Faraday, o sistema disperso (C) é despejado em um recipiente de vidro tetraédrico (cuvete), uma cortina escura é colocada na frente da cubeta e iluminada com uma lâmpada de projeção (A) (Fig. 8). Neste experimento, forma-se um cone luminoso, cuja causa é a dispersão da luz por partículas coloidais e, como resultado, cada partícula parece ser um ponto que emite luz. O processo de dispersão da luz por partículas minúsculas é chamado de opalescência. Em soluções aquosas verdadeiras, em uma mistura de líquidos puros, a luz é espalhada em quantidades desprezíveis e, portanto, o efeito Tyndall-Faraday não é observado. Ele pode ser visto apenas em um dispositivo especial. Às vezes, externamente, não é possível distinguir uma solução verdadeira de uma coloidal e, para estabelecer se uma determinada solução é um colóide ou uma solução verdadeira, o efeito Tyndall-Faraday é usado. A intensidade do efeito Tyndall-Faraday aumenta com o aumento do grau de dispersão do sol, e quando um certo grau de dispersão é atingido, atinge um máximo e depois diminui. Em sistemas grosseiramente dispersos (devido ao fato de que o tamanho da partícula é maior que o comprimento de onda da luz), a luz é refletida da superfície da partícula em um determinado ângulo e, como resultado, a reflexão da luz é observada.

Sistemas grosseiramente dispersos refletem igualmente ondas de luz de diferentes comprimentos. Se a luz branca cair no sistema, a luz refletida também será branca.

O processo de dispersão de ondas de luz por partículas coloidais depende do comprimento da onda de luz. De acordo com a lei de Rayleigh, a intensidade do espalhamento da luz em um sistema coloidal, devido à difração, é proporcional ao número de partículas, ao quadrado do volume da partícula, e é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda da luz incidente. .

Aqui J0? intensidade de luz difusa, J? intensidade da luz incidente, v- concentração numérica, V? volume de partículas, n1- índice de refração da fase dispersa, n2? índice de refração do meio de dispersão, ké uma constante dependendo da intensidade da luz incidente e da diferença entre os índices de refração da fase dispersa e do meio de dispersão, eu- comprimento da onda de luz, nm.

Significado n1 nesta equação depende da natureza da substância. Se um n1 e n2 são iguais entre si, então em tais sistemas o efeito Tyndall-Faraday não é observado. Quanto maior a diferença entre os índices de refração da fase dispersa e do meio de dispersão, mais claramente o efeito Tyndall-Faraday é observado.

A equação de Rayleigh é aplicável apenas para soluções coloidais nas quais o tamanho da partícula não é superior a 0,1 comprimento de onda da luz. Pode-se ver pela equação que a intensidade do espalhamento da luz é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda e, portanto, ondas mais curtas são formadas durante o processo de espalhamento. Portanto, quando a iluminação lateral de uma solução coloidal com luz policromática (branca), as soluções coloidais têm uma cor azulada.

Dispersão da luz. Do ponto de vista clássico, o espalhamento da luz é aquele

As ondas eletromagnéticas que passam pela matéria causam oscilações de elétrons nos átomos. Explicação: se o tamanho da partícula é pequeno, então os elétrons que fazem

vibrações forçadas em átomos são equivalentes a um dipolo oscilante. Este dipolo oscila com a frequência da onda de luz incidente sobre ele. Assim, a parte de comprimento de onda curto do espectro é espalhada muito mais intensamente do que a parte de comprimento de onda longo. A luz azul se espalha quase 5 vezes mais intensamente que a vermelha. Portanto, a luz espalhada é azul e a luz transmitida é avermelhada. Em altitudes muito altas (centenas de quilômetros), a concentração de moléculas atmosféricas é muito baixa, a dispersão praticamente desaparece, o céu deve aparecer preto e as estrelas são visíveis na presença do Sol. Durante os voos espaciais, todas essas previsões foram totalmente confirmadas.

A lei de Rayleigh-Jeans é a lei da radiação para a densidade de radiação de equilíbrio de um corpo negro e para a emissividade de um corpo negro.

Efeito Tyndall, espalhamento Tyndall (eng. Efeito Tyndall) - um efeito óptico, espalhamento de luz quando um feixe de luz passa por um meio opticamente não homogêneo. Geralmente é observado como um cone luminoso (cone de Tyndall) visível contra um fundo escuro.

É típico para soluções de sistemas coloidais (por exemplo, sóis, metais, látex diluídos, fumaça de tabaco), nas quais as partículas e seu ambiente diferem no índice de refração.

A nefelometria é um método de pesquisa e análise de uma substância pela intensidade do fluxo de luz espalhado por partículas suspensas de uma determinada substância.

A essência do método

A intensidade do fluxo de luz espalhada depende de muitos fatores, em particular, da concentração de partículas na amostra analisada. De grande importância na nefelometria é o volume de partículas que dispersam a luz. Um requisito importante para reações usadas em nefelometria é que o produto da reação deve ser praticamente insolúvel e ser uma suspensão (suspensão). Para manter as partículas sólidas em suspensão, vários estabilizadores (por exemplo, gelatina) são usados ​​para evitar a coagulação das partículas.

50. Radiação térmica de corpos. Leis da radiação do corpo negro (Stefan-Boltzmann, Wien).

Entre todos os corpos da natureza há um processo interminável de troca de energia. Os corpos continuamente emitem e absorvem energia. Se a excitação dos átomos ocorre como resultado de sua colisão com outros átomos do mesmo corpo no processo de movimento térmico, a radiação eletromagnética resultante é chamada de térmica.

A radiação térmica ocorre em qualquer temperatura. Neste caso, independentemente da temperatura, o corpo emite todos os comprimentos de onda sem exceção, ou seja, o espectro de radiação térmica é contínuo e se estende de zero ao infinito. No entanto, quanto maior a temperatura, mais radiação de ondas curtas é a principal no espectro de radiação. O processo de emissão de ondas eletromagnéticas pelo corpo ocorre de forma simultânea e independente com sua absorção.

Um corpo que absorve completamente energia em toda a faixa de comprimento de onda, ou seja, para o qual α = 1 é chamado absolutamente preto (preto)

LEI DE STEFAN-BOLTZMANN. Lei do deslocamento de Wien

Stefan e Boltzmann obtiveram uma expressão integral para a luminosidade de energia de um corpo negro, que não leva em consideração a distribuição de energia em comprimentos de onda:

R \u003d σT 4, σ é a constante de Stefan-Boltzmann (σ \u003d 5,6696 10 -8 W / (m 2 K 4)).

Para corpos cinzas a lei de Kirchhoff nos permite escrever r λ = α λ ε λ , então para a luminosidade da energia dos corpos cinzas temos: .

Analisando as curvas, Win descobriu que o comprimento de onda, responsável pela densidade espectral máxima da luminosidade da energia, é determinado pela relação: .

Esta é a lei de Wien, onde b = 0,28978·10 -2 m·K é a constante de Wien.

Vamos determinar o valor do comprimento de onda para o qual ε λ tem um valor máximo a uma dada temperatura, com base na razão. De acordo com as regras para encontrar extremos, isso estará sujeito a . Os cálculos mostram que isso ocorrerá se λ = b/T.

Pode ser visto a partir da relação que com o aumento da temperatura, o comprimento de onda, que representa a emissividade máxima de um corpo completamente negro, muda para a região de comprimento de onda curto. Por esta razão, a razão também é conhecida na literatura científica como lei do deslocamento de Wien. Esta lei também é válida para corpos cinzentos.

As leis de Stefan-Boltzmann e Wien permitem determinar suas temperaturas com base em medições da energia irradiada por um corpo. Este ramo da física é chamado de pirometria óptica.

Em ambientes nebulosos, a luz violeta e azul dispersam mais, enquanto a luz laranja e vermelha dispersam menos.

O efeito Tyndall foi descoberto como resultado de cientistas estudando a interação dos raios de luz com vários meios. Ele descobriu que quando os raios de luz passam por um meio contendo uma suspensão das menores partículas sólidas - por exemplo, ar empoeirado ou enfumaçado, soluções coloidais, vidro turvo - o efeito de espalhamento diminui à medida que a cor espectral do feixe muda de violeta-azul para parte amarelo-vermelho do espectro. Se, por outro lado, a luz branca, como a luz solar, passa por um meio turvo, que contém todo o espectro de cores, então a luz na parte azul do espectro é parcialmente espalhada, enquanto a intensidade do verde-amarelo -parte vermelha da luz permanece praticamente a mesma. Portanto, se olharmos para a luz espalhada depois que ela passou por um meio turvo longe da fonte de luz, ela nos parecerá mais azul do que a luz original. Se olharmos para a fonte de luz ao longo da linha de dispersão, isto é, através de um meio turvo, a fonte nos parecerá mais vermelha do que realmente é. É por isso que a neblina dos incêndios florestais, por exemplo, nos parece azul-púrpura.

O efeito Tyndall ocorre durante a dispersão por partículas suspensas, cujo tamanho excede o tamanho dos átomos em dezenas de vezes. Quando as partículas em suspensão são aumentadas para tamanhos da ordem de 1/20 do comprimento de onda da luz (a partir de cerca de 25 nm e acima), o espalhamento torna-se policromia, isto é, a luz começa a se espalhar uniformemente por toda a faixa visível de cores do violeta ao vermelho. Como resultado, o efeito Tyndall desaparece. É por isso que neblina densa ou nuvens cumulus parecem brancas para nós - elas são compostas de uma densa suspensão de poeira de água com diâmetros de partículas de mícrons a milímetros, que está bem acima do limite de dispersão de Tyndall.

Você pode pensar que o céu parece azul para nós devido ao efeito Tyndall, mas não é. Na ausência de nuvens ou fumaça, o céu fica azul-azulado devido à dispersão da "luz do dia" nas moléculas de ar. Esse tipo de espalhamento é chamado dispersão de Rayleigh(em homenagem a Sir Rayleigh; cm. critério de Rayleigh). O espalhamento Rayleigh espalha a luz azul e ciano ainda mais do que o efeito Tyndall: por exemplo, a luz azul com comprimento de onda de 400 nm se espalha no ar limpo nove vezes mais forte do que a luz vermelha com comprimento de onda de 700 nm. É por isso que o céu nos parece azul - a luz do sol se espalha por toda a faixa espectral, mas na parte azul do espectro é quase uma ordem de magnitude mais forte do que no vermelho. Os raios ultravioletas que causam queimaduras solares são ainda mais dispersos. É por isso que o bronzeado é distribuído de maneira bastante uniforme pelo corpo, cobrindo até as áreas da pele que não são expostas à luz solar direta.

John Tyndall, 1820-93

Físico e engenheiro irlandês. Nascido em Laylin Bridge, County Carlow (Leighlin Bridge, County Carlow). Após terminar o colegial, trabalhou como topógrafo-agrimensor em organizações militares e na construção de ferrovias. Ao mesmo tempo, ele se formou no Instituto Mecânico de Preston. Demitido do serviço geodésico militar por protestar contra as más condições de trabalho. Ele ensinou no Quinwood College (Hampshire), enquanto continuava sua auto-educação. Em 1848-51. assistiu a palestras nas universidades de Marburg e Berlim. Voltando à Inglaterra, tornou-se professor e depois professor do Royal Institute (Royal Institution) em Londres. Os principais trabalhos do cientista são dedicados ao magnetismo, acústica, absorção de radiação térmica por gases e vapores, espalhamento de luz em meios turvos . Estudou a estrutura e o movimento das geleiras nos Alpes.

Tyndall era extremamente apaixonado pela ideia de popularizar a ciência. Ele dava regularmente palestras públicas, muitas vezes na forma de palestras gratuitas para todos: para trabalhadores nos pátios da fábrica na hora do almoço, palestras de Natal para crianças no Royal Institute. A fama de Tyndall como divulgador também alcançou o outro lado do Atlântico - toda a tiragem da edição americana de seu livro Fragments of Science (Fragments of Science). Ciência, 1871) esgotou em um dia. Ele teve uma morte absurda em 1893: enquanto preparava o jantar, a esposa do cientista (que sobreviveu a ele por 47 anos) erroneamente usou um dos reagentes químicos armazenados na cozinha em vez de sal de mesa.