СВІТЛОПОГЛИНАННЯ

Світло, проходячи через дисперсну систему, в тій чи іншій мірі поглинається нею. Поглинання світла - явище індивідуальне і селективне, тому що залежить від властивостей даної речовини, здатного вибірково поглинати промені тільки певної частини спектра, тобто світло певної довжини хвилі X .

У будь-дисперсної системі є два поглинаючих речовини: дисперсна фаза і дисперсійне середовище. Якщо дисперсна система поглинає промені всіх довжин хвиль в однаковій мірі, то в світлі така система буде безбарвною. Якщо ж вона поглинає світло тільки певної довжини хвилі, то набуває забарвлення, додаткову до кольору поглинених променів. Багато колоїдні системи мають забарвлення, що свідчить про поглинання світла у відповідній області спектра частинками дисперсної системи. Золь здається забарвленим в колір, додатковий до поглиненого, наприклад, поглинаючи синю частину (435- 480 нм) видимого спектру (400-760 нм), золь виявляється жовтим; при поглинанні синювато-зеленої частини (490-500 нм) він приймає червоне забарвлення. При спільній дії всього видимого світла на око людини виникає сприйняття білого кольору, тому якщо промені всього видимого спектру проходять через прозоре тіло або відбиваються від непрозорого, то прозоре тіло здається безбарвним, а непрозоре - білим. Якщо тіло поглинає випромінювання всього видимого спектру, воно здається чорним.

Золі можуть бути безбарвними або ж мати забарвлення, інтенсивність якої змінюється в залежності від концентрації дисперсної фази або розміру часток. Наприклад, гідрозолі кремнезему, глинозему, оксиду олова безбарвні, вони можуть тільки розсіювати колір. Золі сульфіду миш'яку мають жовте забарвлення різного відтінку, сульфіду сурми - оранжево-червону, берлінської блакиті - синю. У світлі, золи здаються однорідними і схожими на справжні розчини. Поглинання в них підпорядковується закону Ламберта - Бугера - Бера, аналогічно поглинання в забарвлених справжніх розчинах, тобто закон, виведений для гомогенних систем, виявився придатним і для дисперсних систем.

Найбільш простим і добре вивченим є випадок, коли в системі є тільки один поглинач - дисперсна фаза, а дисперсійне середовище для даного виду хвиль є прозорою, тобто їх не поглинає.

Для зниження інтенсивності світла за рахунок поглинання від початкового значення / q до інтенсивності I п після проходження через шар дисперсної системи / рівняння Ламберта - Бугера - Бера має вигляд

де К - здається коефіцієнт поглинання.

Варіант записи рівняння Ламберта - Бугера - Бера у вигляді

уточнює фізичний зміст коефіцієнта поглинання. Тут з - концентрація частинок; Е - молярний коефіцієнт поглинання, пов'язаний з удаваним коефіцієнтом поглинання концентрацією, тобто К = Ес.

Коефіцієнт Е не залежить від концентрації частинок і визначається природою системи (речовини і середовища), температурою і довжиною світлової хвилі.

Рівняння Ламберта - Бугера - Бера часто використовують в логарифмічному вигляді:

Вираз називається оптичною щільністю: Необхідно відзначити, що оптична щільність стандартно позначається символом «Л», а не «О», проте в колоїдної хімії, де аналогічної буквою позначається величина абсолютної адсорбції, діє виняток, хоча в ряді джерел зустрічається для позначення оптичної щільності символ «А », який не треба плутати з величиною адсорбції (відмінність завжди можна зрозуміти за змістом). Для позначення оптичної щільності також використовують символ «г:», який називають екстінція: D = е . При роботі з монохроматичним світлом завжди вказують, при якій довжині хвилі була визначена оптична щільність, позначаючи її при цьому як D ^.

Явище поглинання світла в системах, що містять металеві (проводять) частки, значно складніше. Метали, на відміну від непровідних частинок, мають дуже високими коефіцієнтами поглинання і відбиття світла. Отже, дисперсні системи з металевими частинками не тільки розсіюють світло, але і частково поглинають і відображають його. Причому розсіяний і відбите світло сприймається як цілком зайнятий, тобто в золях металів інтенсивність минулого через систему світла зменшується не тільки за рахунок поглинання, але і в результаті розсіювання світла частками дисперсної фази. Для забарвлених золів в рівнянні Ламберта - Бугера - Бера необхідно враховує також розсіювання світла за допомогою коефіцієнта світлорозсіювання R (інакше удаваного коефіцієнта поглинання за рахунок розсіювання і відображення):

Сума коефіцієнтів (? + /?) Характеризує загальне ослаблення світла

даною речовиною. Деякі золі не поглинають світла (Е = 0) або поглинають його мало -? О). Для таких випадків рівняння Ламберта - Бугера - Бера записують у вигляді:

де до - константа поглинання, яка враховує також розсіювання світла (переобозначеніе не є формальністю і має фізичне обгрунтування).

Порівняння даного рівняння з рівнянням (3.3) виявляє рівність Е-с = до с. В обох випадках цей твір називається мутностью системи, яку позначають символом «г»: т = Ес = кс .

Каламутність включає концентрацію розсіюють частинок. Вона показує ослаблення інтенсивності світла dl при його проходженні через

шар дисперсної системи товщиною dx : В кінцевих величинах для каламутності можна записати , де / - товщина, яка

зазвичай визначається але розміром кювети, в яку заливається золь; Д / = Iq-I - зміна інтенсивності світла від початкового значення / Q

до значення / на виході з системи.

Каламутність вимірюється в одиницях довжини в мінус першого ступеня, тобто м ' 1 в міжнародній системі одиниць, на практиці - це частинні величини, часто см " 1 або мм -1 .

Тоді рівняння Ламберта - Бугера - Бера набирає вигляду а після логарифмування

який показує, що оптична щільність і каламутність пов'язані між собою:

Коефіцієнт 2,3 з'являється тому, що у визначенні оптичної щільності використовується десяткова форма логарифма.

Сильне поглинання світла золями з металевими частинками пов'язано з генерацією в частинках електричного ГЗК, велика частина енергії якого перетворюється в теплоту.

Встановлено, що для золів металів характерна селективність поглинання, що залежить від дисперсності. Так, золи золота, радіус частинок яких становить ~ 20 нм, поглинає зелену частину спектру (~ 530 нм), тому вони мають яскраво-червоне забарвлення, при радіусі частинок 40-50 нм максимум поглинання доводиться на жовту частину спектру (~ 590- 600 нм) і такий золь золота здається синім. Дуже високодисперсний золь золота, поглинаючи синю частину спектру (440-450 нм), має жовте забарвлення, як і істинний розчин солі, наприклад, хлориду золота A11CI3.

У дисперсних системах поглинання світла залежить не тільки від природи системи, але і від розмірів частинок дисперсної фази, тобто від дисперсності системи. Системи з непроводящими (неметаллическими) частками за характером поглинання найбільш підходять до істинних розчинів. Наприклад, забарвлення золів берлінської блакиті або сірчистого миш'яку пов'язані з поглинанням певних довжин хвиль, причому це поглинання підкоряється закону Ламберта - Бугера - Бера.

Зі зміною дисперсності золів змінюється і інтенсивність їх забарвлення. Вона максимальна при середніх розмірах частинок ультрамікрогетеро- генних систем, але зменшується як при збільшенні, так і при зниженні дисперсності. Цікаво, що золі з металевими частинками мають надзвичайно високою інтенсивністю забарвлення. Забарвлення багатьох мінералів і дорогоцінних каменів обумовлена наявністю в них високодіспсрсних частинок металів і їх оксидів. Практично всім фарбам і емалей кольору повідомляються дисперсними пігментами з оксидів і солей металів (титану, заліза, олова, міді).

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >