Протопопов А.В., Комарова Н.Г. Лабораторный практикум по коллоидной химии

Подождите немного. Документ загружается.

б) Определение порога коагуляции золя серы

Золь серы заряжен отрицательно, поэтому коагулирующими ионами являются

катионы. Для работы используются электролиты с одинаковыми анионами: 4М раствор NaCl

и насыщенный раствор CaCl

В три сухие и чистые пробирки наливается по 5 мл приготовленного золя серы. Одна

пробирка является контрольной. Во вторую и третью наливаются по каплям (при

взбалтывании) растворы хлорида натрия и хлорида кальция соответственно до появления

белой мути и замеряется объем электролита, пошедшего на коагуляцию. Порог коагуляции

рассчитывается по формуле:

Лабораторная работа 7. Определение защитного числа желатины для золя Fе(ОН)

В три сухие пробирки наливают по 5 мл приготовленного золя Fe(OH)

. Первая

пробирка контрольная. Во вторую пробирку при непрерывном встряхивании по каплям

добавляют 0,0005М раствор К

[Fе(СN)

] до появления мути (явная коагуляция). В третью

пробирку сначала наливается 1-2 мл 1 %-го раствора желатины, хорошо перемешивается и

прибавляется раствор 0,0005М К

[Fе(СN)

] в таком объеме, который вызвал коагуляцию во

второй пробирке (коагуляция не наблюдается).

Лабораторная работа 8. Взаимная коагуляция золей

В 10 пробирок наливают золь Fе(ОН)

в убывающем количестве по порядку (табл.). В

каждую пробирку приливают золь MnО

в количестве, указанном в таблице. По окончании

опытов отмечают номер пробирки, в которой наблюдается максимум коагуляции.

Таблица 4

№ пробирки

Fе(ОН)

, мл

MnО

, мл

Результаты смешения

9,9

0,1

9,7

0,3

9,5

0,5

9,0

1,0

7,0

3,0

5,0

3,0

7,0

1,0

9,0

0,5

9,5

0,2

9,8

Вопросы для самоподготовки и контроля.

1.Какими методами получают коллоидные системы?

2.От чего и для чего очищают коллоидные системы?

3.Что такое ультрафильтрация и чем она отличается от диализа? Дайте определение

мембраны.

4. Охарактеризовать лиофильные и лифобные коллоидные системы.

5. Строение двойного электрического слоя.

6. Назовите возможные причины возникновения электрического заряда и ДЭС на

межфазной поверхности.

7. В чем сущность теории строения ДЭС по а) Гельмгольцу-Перрену; б) Гуи-Чепмену;

в) Штерну?

8. Как изменяется потенциал ДЭС с расстоянием от поверхности.

9. Что такое электрокинетический потенциал? Как и от каких факторов он зависит?

10. Строение мицеллы, химическая формула мицеллы.

11.Термодиномический и электрокинетический потенциалы.

12. Назовите виды устойчивости дисперсных систем; в чем они заключаются?

13. Чем обусловлена агрегативная устойчивость лиофобных дисперсных систем?

14. Перечислите и охарактеризуйте факторы агрегативной устойчивости лиофобных

золей.

15. Электрофорез и электроосмос. Практическое использование электрокинетических

явлений.

16. Силы притяжения и отталкивания.

17.Типы потенциальных кривых.

18. Коагуляция лиофобных систем. Порог коагуляции. Правило Шульце – Гарди.

19.Почему присутствие электролитов в золе способствует его коагуляции?

20. Нейтрализационный и концентрационный тип коагуляции.

21. Механизм защитного действия ВМС.

Задания.

1. Получение золей.

а. Написать формулу мицеллы золя, полученного добавлением к 20 см³ 0.01н раствора

KI 0.5 см³ 0.2 %-ного раствора Hg(NO₃)₂. Плотность раствора Hg(NO₃)₂ принять за единицу.

б. Какой объем 0.005н раствора AgNO₃ надо прибавить к 20 мл 0.015н раствора KI,

чтобы получить положительный золь AgI ? Написать формулу мицеллы.

в. Золь PbI₂ получен смешением равных объемов 0.007н раствора Pb(NO₃)₂ и 0.009н

раствора NaI. Определить знак заряда частиц золя и написать формулу мицеллы.

г. Какие объемы 0.029 %-ного раствора NaCl и 0.001н AgNO₃ надо смешать , чтобы

получить незаряженные частицы золя AgCl? Заряженные отрицательно? Плотность раствора

NaCl принять за единицу.

д. Золь сульфата бария получен смешением равных объемов растворов Ba(NO₃)₂ и

H₂SO₄. Написать формулу мицеллы золя. Одинаковы ли исходные концентрации растворов,

если в электрическом поле частицы движутся к положительному электроду?

е. При длительном стоянии сероводородной воды в результате окисления

сероводорода воздухом образуется муть коллоидной серы. Написать формулу мицеллы золя

серы и определить знак заряда частиц.

ж. При пропускании избытка сероводорода в подкисленный соляной кислотой раствор

соли трехвалентного мышьяка получился золь сульфида мышьяка (III). Написать формулу

мицеллы золя и определить знак заряда его частиц.

з. В каком порядке следует сливать растворы:

а) H

AsO

и (NH

)

б) CdCl

и Na

в) H

AsO

и (NH

)

г) AgNO

и KI,

чтобы получить коллоидную систему с частицами, несущими:

а) положительные электрические заряды;

б) отрицательные электрические заряды?

Напишите формулы мицелл образующихся в каждом случае золей.

2. Расчет порога коагуляции.

а. Каков объем раствора KNO₃ (С=0.5 моль/л) был добавлен к 100 мл золя As₂S₃ , если

порог коагуляции KNO₃ равен 50 ммоль/л ?

б. Пороги коагуляции электролитов для некоторого гидрозоля равны

γ(NaNO₃) = 0.300 моль/л; γ(2MgCl₂) = 0.025 моль/л; γ(2Na₂SO₄) = 0,295 моль/л;

γ(3AlCl₃)=0.0005 моль/л. Какой заряд несут частицы золя?

в. Золь AgCl получен смешением равных объемов KCl (C=0,0095 моль/л) и AgNO₃

(C=0.012 моль/л). Какой из электролитов : K₃Fe(CN )₆, K₄Fe(CN)₆ или MgSO₄ будет иметь

большой порог коагуляции для данного золя ?

г. Пороги коагуляции электролитов (моль/л) для данного золя AgI оказались равными

γ(KCl)=256; γ(Ba(NO₃)₂)=6.0; γ(Al(NO₃)₃)=0.067; γ(K NO₃)=260; γ(Sr(NO₃)₂)=7.0

Определить знак заряда частиц. Вычислить коагулирующую способность каждого

электролита. Каков физический смысл этой величины?

д. В 2 колбы налить по 50 мл золя гидроокиси железа. Для коагуляции потребовалось

5.30 мл раствора KCl (С=1 моль/л)-в первой колбе, а во второй 18.7мл раствора фосфата

натрия Na₃PO₄ (С= 0.001моль/л).

е. Золь AgI получен смешением равных объемов растворов KI и Ag NO₃. Пороги

коагуляции (моль/л) для различных электролитов и данного золя имеют следующие

значения:

γ(Ca(NO₃)₂)= 315; γ(NaCl)=300; γ(MgCl₂)=320; γ(Na₃PO₄)=0.6; γ(Na₂SO₄)=20;

γ(AlCl₃)=330.

Какой из электролитов KI или Ag NO₃ взят в большей концентрации?

ж. К 5 мл золя Fe(OH)₃ для начала явной коагуляции необходимо добавить один из

растворов : 4 мл KCl (C=3 моль/л); 0.5 см³ Fe₂K₂O₄ (0.01моль/л ); 4 мл K₃Fe(CN )₆

(С=0.0005 моль/л). Вычислить порог коагуляции для этих электролитов и коагулирующую

способность.

з. Коагуляция золя сульфида мышьяка (Ш) вызывается катионами. Пороги коагуляции

для электролитов KNO₃, MgCl₂, AlCl₃ соответственно равны 50.0 ; 0.72 ; 0.093 ммоль/л золя.

Какой знак заряда золя?

и. Как изменится δ-потенциал отрицательно заряженного золя при введении в него

хлоридов Na, Ba, La, а также галогенидов калия (KCl, KBr, KJ)?

3. Определение типа коагуляции.

Определить тип коагуляции золя, полученного в задании 1, при добавлении растворов

электролитов :

а) Na₂SO₄ или AgNO₃ б) K₂SO₄ или Hg(NO₃)₂

в) Pb(CH₃COO)₂ или K₂SO₄ г) K₂SO₄ или Hg(NO₃)₂

д) Pb(NO₃)₂ или Mg(NO₃)₂ е) Cd(NO₃)₂ или K₂SO₄

ж) Pb(CH₃COO)₂ или Na₂SO₄

22 Общая характеристика высокомолекулярных соединений

К высокомолекулярным соединениям (ВМС) относят природные и синтетические

вещества с относительной молярной массой не менее 10-15 тысяч. Подавляющее

большинство ВМС имеет линейное или цепочечное строение. Их макромолекулы

представляют собой длинные цепи, в которых атомы связаны в форме нитей (или цепей).

Длина таких макромолекул превышает их поперечный размер на несколько порядков. Если

цепи имеют боковые ответвления, говорят о разветвленных или двумерных цепях. Цепи

макромолекул в полимерах могут быть соединены химическими связями (например,

―мостики‖ серы в вулканизированном каучуке) в пространственные ―сшитые‖ структуры.

Сходство растворов ВМС с коллоидными растворами обусловлено гигантскими

размерами макромолекул, масса которых соизмерима с массой мицелл коллоидов. Те

свойства растворов, которые определяются размерами частиц, близки у этих систем. Как и

коллоидные растворы, растворы ВМС отличаются медленной диффузией, низким

осмотическим давлением π, соизмеримой с коллоидными растворами интенсивностью

броуновского движения. Макромолекулы в растворе не способны проходить через

полупроницаемые мембраны, задерживаются ультрафильтрами. Растворы ВМС, как и

коллоидные, обладают повышенной мутностью, в них также наблюдается эффект Тиндаля.

Меньшая интенсивность дифракционного рассеивания света в растворах ВМС обусловлена

близостью показателей преломления растворителя и растворенного полимера.

Однако растворы ВМС имеют ряд специфических особенностей. В отличие от

коллоидных, растворы ВМС образуются самопроизвольно при контакте полимера с

растворителем путем набухания, переходящего в растворение. Самопроизвольный процесс

растворения сопровождается уменьшением энергии Гельмгольца в системе, тогда как

диспергирование вещества до коллоидного состояния требует значительных затрат энергии.

Коллоидные растворы, обладающие избыточной поверхностной энергией,

термодинамически неустойчивы, не могут быть получены и не могут существовать без

присутствия стабилизатора, и даже при его наличии способны стареть. Растворы же ВМС

при неизменности внешних условий могут существовать неограниченно долго без

стабилизирующих добавок и являются термодинамически устойчивыми. Вследствие этого

процессы, проходящие в них с изменением температуры, давления и концентрации,

обратимы. Обратимость свойств и подчинение растворов ВМС правилу фаз также

подтверждают их термодинамическую устойчивость. ВМС, как и низкомолекулярные

вещества, в зависимости от условий могут образовывать не только истинные, но и

коллоидные растворы (например, латексы - это коллоидные растворы каучуков в водной

среде).

Нередко растворы ВМС проявляют свойства коллоидов лишь частично. Гибкие

макромолекулы способны при тепловом движении изменять форму в растворе. Такие

различные формы макромолекул, переходящие друг в друга, называются конформациями. В

хороших растворителях (характеризующихся высоким сродством ВМС к растворителю)

макромолекулы обычно вытянуты и гибки, в плохих - более жестки, проявляют тенденцию к

свертыванию.

Растворы ВМС следует рассматривать как промежуточное звено между золями и

истинными растворами

23 Растворы полимерных электролитов. Изоэлектрическая точка

Многие высокомолекулярные вещества при растворении образуют макромолекулы,

например растворы каучуков, полиизобутилена, нитратов целлюлозы и др. Однако,

макромолекулы ряда ВМС содержат ионогенные группы и в растворе способны

диссоциировать. Такие высокомолекулярные электролиты (полиэлектролиты) можно

разделить на три группы:

1. Поликислоты – полиэлектролиты, содержащие кислотную группу.

В водном растворе благодаря ионизации карбоксильных групп между мономерными

звеньями возникают силы электростатического отталкивания. Очевидно, они будут тем

сильнее, чем выше степень ионизации, зависящая от рН среды. Степень ионизации может

быть повышена при превращении поликислоты в соль.

К этому классу относятся многие полимеры биологического происхождения:

нуклеиновые кислоты, многие мукополисахариды, водорослевые полисахариды.

2. Полиоснования – полиэлектролиты, содержащие основные группы. Типичный

представитель этого класса – поливиниламин

ионизация которого осуществляется с захватом протона

Полиоснования, как и поликислоты, сильнее ионизованы в солевой форме, например

3. Полиамфолиты. Это третий, особо интересный класс соединений, имеющих в

одной цепи сочетание кислотных и основных групп, например

Для каждого полиамфолита существует определенное, зависящее от его состава,

значение рН, при котором количества положительных и отрицательных зарядов в цепи

равны. Иными словами, суммарный заряд полиамфолита в этой изоэлектрической точке

(ИЭТ) равен нулю.

24 Белки – природные полиамфолиты

Среди высокомолекулярных соединений важное место занимают белки. Они играют

основную роль во всех жизненных процессах. Белки являются полимерными электролитами,

так как их молекулы содержат ионогенные группы. Поэтому растворы белков имеют целый

ряд особенностей по сравнению с растворами других полимеров. В состав молекул белков

входят разнообразные α - аминокислоты, в общем виде формула их строения может быть

записана в форме NH

- R - COOH.

Первичная структура белков. Полипептидная цепь, построенная из аминокислот,

представляет собой первичную структуру белковой молекулы. Это наиболее важная

специфическая структура, до некоторой степени определяющая так называемые вторичную и

третичную структуры белка. Агрегаты белковых субъединиц, обладающих вторичной и

третичной структурой, составляют четвертичную структуру.

Вторичная структура белков. Молекула белка состоит из нескольких сотен

аминокислот, и поэтому полипептидная цепь лишь в редких случаях бывает вытянута

полностью; обычно она определенным образом изогнута, образуя вторичную структуру.

Фибриллярные белки (склеропротеины) часто характеризуются упорядоченным

расположением цепей, благодаря чему их можно исследовать методом рентгеноструктурного

анализа. В результате этих исследований было найдено, что фибриллярные белки можно

разбить на три структурных типа или группы.

Наиболее часто встречающиеся типы - правая α-спираль и β-структура. Первая

характеризуется планарностью пептидной группы; водородные связи между СО-и NH-

группами пептидной цепи замыкают циклы из 13 атомов. На 1 виток спирали приходится 3,6

остатка аминокислот, шаг спирали 0,544 нм. В случае β-структуры, или структуры

складчатого листа, полипептидные цепи растянуты, уложены параллельно друг другу и

связаны между собой водородными связями. Остов цепи не лежит в одной плоскости, а

вследствие небольших изгибов при углеродных атомах образует слегка волнистый слой.

Боковые группы располагаются перпендикулярно плоскости слоя. Относительное

содержание α-спиральных участков и β-структур может широко варьироваться. Существуют

белки с преобладанием спиралей (около 75% в миоглобине и гемоглобине), тогда как

основной тип структуры многих фибриллярных белков, в т.ч. фиброина шелка и кератина

волос, α-структура. У многих белков содержание β-структурных участков незначительно,

однако и в этих случаях полипептидные цепи укладываются в пространстве строго

определенным, характерным для каждого белка образом.

При разрушении водородных связей происходит деспирализация и превращение

макромолекулы в клубок, в котором реализуется максимум вращательной свободы.

Третичная структура белков. В глобулярных белках полипептидные цепи

определенным образом свернуты, образуя компактную структуру. Идеальная α-спираль

может оказаться нарушенной, так как избирательные взаимодействия – и при том очень

сильные – могут проявляться между гидрофобными боковыми радикалами или равномерно

заряженными группами далеких вдоль цепи звеньев. Эти избирательные дальнодействия

приводят к складыванию цепей и нарушению спиральной структуры с образованием

глобулы.

Пространственное расположение цепей до некоторой степени предопределено

последовательностью чередования аминокислот в первичной структуре и связями,

образующимися между некоторыми аминокислотными остатками. Многие биологические

свойства белков, например ферментативная активность и антигенностъ, связаны именно с

третичной структурой.

Растворимость молекулы в целом обеспечивается полярными радикалами,

находящимися на ее внешней поверхности.

Рисунок 15 – Структуры молекулы белка

Четвертичная структура белка. В отличие от первичной, вторичной и третичной

структур, которые содержат одну полипептидную цепь, четвертичная структура состоит из

двух или более цепей. Эти цепи могут быть одинаковыми или разными, но в обоих случаях

они связаны слабыми связями (нековалентнымн). Сущность такой структуры в объединении

нескольких полимерных цепей в единый комплекс. Такой комплекс также рассматривается

как белок, состоящий из нескольких субъединиц. Белки, состоящие из нескольких

субъединиц, широко распространены в природе (гемоглобин, вирус табачной мозаики,

фосфорилаза, РНК-полимераза). Субъединицы принято обозначать греческими буквами (так

у гемоглобина имеется по две субъединицы). Наличие нескольких субъединиц важно в

функциональном отношении -- оно увеличивает степень насыщения кислородом.

Четвертичная структура стабилизируется в основном силами слабых воздействий:

а) водородная; б) гидрофобная; в) ионные; г) ковалентные (дисульфидные,

пептидные).

25 Влияние рН на структуру и свойства растворов белка

При действии на макромолекулы белка внешних факторов, таких как температура,

рН, введение денатурирующего агента, механическое воздействие, происходит разрушение

четвертичных, третичных и вторичных структур.

Рассмотрим влияние рН на состояние макромолекул в растворе белка и отражение

этого состояния в ряде свойств.

В водном растворе макромолекула представляет аморфный ион

-R-COO

−

. При

этом ионогенные группы имеются не только на концах молекул, но и в боковых

аминокислотных остатках R, распределенных по всей цепи. Поэтому для макромолекулы

белка возможны различные состояния ионизации, определяемые зарядом макроиона,

аминокислотным составом и рН. Макроион может быть заряжен положительно,

отрицательно или иметь нулевой заряд в зависимости от pН среды. В кислой среде макроион

имеет положительный заряд:

NН

-R-СОО

+ H

NН

-R-СООH

в щелочной - отрицательный:

NН

-R-СОО

+ ОН

NН

-R-СОО

+ Н

В результате диссоциации ионогенных групп на макромолекуле белка возникает

заряд. В нейтральной среде диссоциация кислотных и аминогрупп определяется константами

диссоциации кислотных и аминогрупп. В белках кислотные группы диссоциируют больше,

чем аминные, поэтому макромолекула содержит больше отрицательных зарядов и в

электрическом поле будет двигаться к аноду.

При добавлении кислоты будет подавляться ионизация кислотных групп и

усиливаться основных, что уменьшит число отрицательных зарядов на макромолекуле и

увеличит число положительных. Если число диссоциированных амино- и карбоксильных

групп одинаковы, то молекула белка в целом электронейтральна. Такое состояние белка

называют изоэлектрическим состоянием, а соответствующее ему значение pH раствора -

изоэлектрической точкой (ИЭТ). Чаще всего белки - более сильные кислоты, чем основания,

и для них ИЭТ лежит при pH < 7. При различных pH изменяется форма макромолекул в

растворе. В кислых и щелочных средах в макромолекуле преобладают заряды только одного

знака, и вследствие их взаимного отталкивания молекулы распрямляются и существуют в

растворе в виде длинных гибких цепочек. В ИЭТ макромолекулы свернуты в клубок

вследствие взаимного притяжения разноименных зарядов. При этом происходит вытеснение

сольватированного на молекуле белка растворителя, и белковое соединение выпадает в

осадок. Практически все свойства растворов белков проходят через экстремальные значения

в изоэлектрическом состоянии: осмотическое давление и вязкость минимальны в ИЭТ и

сильно возрастают в кислой и щелочной средах вследствие возрастания асимметрии

молекул, минимальна также способность вещества к набуханию и электропроводность,

оптическая плотность раствора в ИЭТ максимальна. Изучение всех этих свойств

используется для определения изоэлектрической точки белков.

При добавлении к раствору белка в ИЭТ кислоты подавляется диссоциация

кислотных групп, макромолекула диссоциирует как основание и заряжается положительно.

Наличие сил отталкивания между одноименными зарядами преодолевает силы сцепления,

сначала нарушается четвертичная структура, затем происходит раскрытие складок третичной

структуры, и впоследствии силы отталкивания как бы разрывают спираль и макромолекула

стремится распрямиться. При этом плотность молекулярного клубка понизится, а объем

увеличится. Цепи макромолекул, обладая определенной гибкостью, находятся в хаотическом

движении и переплетаясь друг с другом, образуют структурные сетки, препятствующие

свободному течению жидкости, что приводит к увеличению вязкости. Однако при очень

большом добавлении кислоты ионизация одноименно заряженных групп снижается, силы

отталкивания уменьшаются, и макромолекула опять сворачивается.

Аналогичные процессы происходят в растворе белка при добавлении щелочи.

0 2 4 6 8 10 12

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

Рисунок 16 – Влияние рН на светопропускание раствора белка

26 Оптические свойства коллоидных систем

При действии светового луча на однородную прозрачную среду (чистые газы и

жидкости, истинные растворы, аморфные и кристаллические тела) наблюдаются следующие

явления:

а) прохождение света

б) отражение света

в) преломление света

В том случае, если световой луч падает перпендикулярно поверхности, то

наблюдается явление прохождения света. Если световой луч падает на границу раздела двух

сред с разными показателями преломления (n) под каким-либо углом, то происходит

изменение угла распространения луча света и наблюдаются отражение света

(распространение луча в обратном направлении под углом к поверхности раздела, равном

углу падения) и преломление света (распространение светового луча в первоначальном

направлении, но под некоторым другим углом). Явление частичного отражения света часто

проявляется и при перпендикулярном падении светового луча, наряду с эффектом

прохождения.

Коллоидные системы - это неоднородные микрогетерогенные системы с частицами

дисперсной фазы, имеющими различные размеры. Это приводит к оптической

неоднородности коллоидных систем - отсутствию какого-либо постоянного значения

показателя преломления. Можно считать, что коллоидные системы состоят из множества

сред с различными показателями преломления. Оптическая неоднородность коллоидных

систем приводит к изменению их оптических свойств по сравнению с однородными средами.

Поэтому при действии светового луча на коллоидную систему таких явлений, как

преломление и отражение света в чистом виде (продолжение распространения светового

луча под определенными углами) не наблюдается. Так, прохождение света всегда

сопровождается его поглощением дисперсной фазой с превращением световой энергии в

тепловую (явление абсорбции света). А отражение и преломление света при действии

светового луча на коллоидную систему выражается в эффекте светорассеяния -

распространении отраженных и преломленных лучей не под какими-либо определенными

углами по отношению к поверхности, а по всем направлениям (явление рассеяния света).

Изучение оптических свойств коллоидных систем дает много сведений о коллоидных

частицах в растворе и способствует более глубокому пониманию свойств коллоидных

систем. Так, оптические измерения позволяют определять величину, форму и концентрацию

коллоидных частиц (даже таких, которые не поддаются обычному микроскопическому

исследованию). При помощи оптических методов удалось проверить и доказать

справедливость основных молекулярно-кинетических представлений, используемых для

описания коллоидных растворов, а также связанных с ними таких явлений, как

седиментация, коагуляция, броуновское движение, диффузия и др. Сведения об оптических

свойствах коллоидных систем имеют и важное практическое значение, поскольку такие

весьма распространенные в природе явления, как туманы, дымы, наличие тончайших взвесей

твердых частиц в речной и морской воде и т.д., имеют коллоидную природу и обладают

всеми присущими коллоидным системам оптическими свойствами, знание которых

необходимо для таких важных областей, как астрофизика, метеорология, навигация и др.

26.1 Рассеяние света

Рассеянием света коллоидными растворами первым занимался Тиндаль (1868). Он

обнаружил, что при боковом освещении пучком сходящихся лучей кюветы с коллоидным

раствором на темном фоне в зоне прохождения световых лучей наблюдается свечение с

синеватым оттенком (так называемый конус Тиндаля). Впоследствие это свечение было

названо опалесценцией, а сам эффект - эффектом Тиндаля. Эффект Тиндаля наблюдается для

многих коллоидных систем. Так, мутность дымов и туманов, например, обусловлена

рассеянием света. Рассеянием солнечного света атмосферой или морской водой, которые

тоже являются коллоидными системами, объясняется голубой цвет неба и морской воды.

Рассеянный свет распространяется во всех направлениях, включая и направление,

образующее с падающим лучом угол 180

. Интенсивность рассеянного света в разных

направлениях различна и зависит, в основном, от размера коллоидных частиц, на которые

попадает световой луч. Если частицы весьма малы по сравнению с длиной волны, то больше

всего света рассеивается под углами 0 и 180

к лучу, падающему на частицу. Если частицы

сравнительно велики (но все же меньше длины световой волны), то максимальное

количество света рассеивается в направлении падающего луча.

Теоретически эффект Тиндаля был обоснован Рэлеем. Он сумел вывести уравнение,

связывающее интенсивность рассеиваемого света Jp с интенсивностью падающего света J

для случая сферических частиц, не поглощающих света и не проводящих электрического

тока, и имеющих намного меньшие размеры по сравнению с длиной падающей волны в

разбавленных растворах:

= k I

C (26.1)

где I

- интенсивность падающего света, I

- интенсивность рассеянного света,

v - объем частицы, C – объемная концентрация вещества дисперсной фазы.

Уравнение Рэлея применимо для частиц, размер которых составляет не более 0,1

длины световой волны. Из уравнения Рэлея можно сделать следующие выводы:

1. Для частиц данного размера интенсивность рассеянного света прямо

пропорциональна концентрации золя.

2. Интенсивность рассеянного света пропорциональна квадрату объема частицы или

для сферических частиц шестой степени радиуса. В рэлеевской области уменьшение размера

частиц при сохранении весовой концентрации золя ведет к соответствующему уменьшению

светорассеяния. При увеличении частиц до размера, значительно. превышающего длину

световой волны, светорассеяние переходит в отражение света и по мере увеличения частиц

интенсивность рассеянного света уменьшается.

3. При опалесценции под действием белого света при боковом освещении бесцветные

коллоидные системы обнаруживают синеватую окраску. Поскольку величина J обратно

пропорциональна длине волны рассеиваются главным образом синеватые (короткие) волны.

Наоборот, в проходящем свете эти коллоидные системы окрашены в красноватый цвет, так

как при прохождении через коллоидный раствор из спектра в результате рассеяния

выбывают лучи синего цвета. При освещении системы монохроматическим светом

описанного явления, естественно, не наблюдается, так как при этом рассеянный свет может

содержать только такую же волну, что и падающий. Следует заметить, что

преимущественное рассеяние света с малой длиной волны объясняет цвет неба в различное

время дня, также цвет морской воды. Причина голубого цвета неба днем заключается в

рассеивании коротких волн солнечного света атмосферой Земли. Оранжевый или красный

цвет неба при восходе или заходе Солнца объясняется тем, что утром или вечером

наблюдается, главным образом, свет, прошедший через атмосферу.

4. Опалесценция золей (особенно, металлических) интенсивнее, чем растворов

высокомолекулярных соединений из-за большей плотности, а следовательно, большего

показателя преломления дисперсной фазы первых систем.

5. Опалесценция истинных растворов весьма незначительна. Однако светорассеяние в

этих случаях может наблюдаться при применении лучей с малой длиной волны, например

рентгеновских лучей (длина волны рентгеновских лучей равна 0,04—0,6 нм).