Химия \ Физическая и коллоидная химия

Оптичні властивості колоїдних розчинів, страница 2

Оптичні методи дослідження широко застосовуються для визначення розмірів, форми і структури колоїдних частинок. До них відносяться:

• ультрамікроскопія, заснована на спостереженні розсіяння світла в звичайному оптичному мікроскопі;

• електронна мікроскопія, пов'язана з використанням замість світлових променів пучка швидких електронів;

• нефелометрія - метод визначення розмірів колоїдних частинок або концентрації золю, заснований на вимірюванні світлорозсіювання колоїдним розчином;

• Турбодиметрія - Мутномір, вимір світлорозсіювання колоїдного розчину по ослабленні інтенсивності світла, що пройшов через розчин .

Здатність світлового мікроскопа, тобто найменша відстань, при якій дві точки ще можна бачити роздільно, складає близько половини довжини світлової хвилі. Таким чином, при використанні звичайного світла (довжина хвилі 400-700 нм) навіть у найкращий мікроскоп видимі частки, розміри яких не менше 2 • 10 ~ 8 нм, тобто колоїдні частинки лежать за межами видимості в звичайному мікроскопі.

Нефелометріязаснована на здатності колоїдних систем розсіювати світло. Визначаючи світлорозсіювання даної системи, можна визначати розмір часток або концентрацію дисперсної фази, вивчати різні процеси, що відбуваються в розчині. В основі нефелометрії лежить рівняння Релея.

Турбодиметрія - метод дослідження, заснований на вимірюванні послаблення світла, що проходить через колоїдну систему в результаті світлорозсіювання. Вимірювання проводять за допомогою звичайних колориметрів або спектрофотометрів, що дозволяють визначити каламутність. Мутність системи. можна виразити через інтенсивність розсіяного світла (IР). Для 1 см3 дисперсної системи справедлива рівність In = I0 - Ip засноване на законі збереження енергії. Тоді при l = 1 см і шляхом математичних перетворень можна показати, що

У кінцевому варіанті рівняння Релея для дисперсних систем зі сферичними твердими частинками дисперсної фази має вигляд:

де Cоб - об'ємна частка дисперсної фази; К - константа, що залежить від показників заломлення частинок дисперсної фази і дисперсійного середовища, V - об'єм частинки, см3.

Рівняння Релея справедливо лише для розбавлених розчинів, тому що воно не враховує вторинного розсіювання світла та взаємодії між частинками. Тому для визначення розміру частинок слід визначити каламутність.  для ряду розчинів з різною кратністю розбавлення. За графіком в координатах t/Cоб = f (Coб), .  шляхом екстраполяції знаходити значення t

Для обчислення (К) необхідно знати значення.  l= -.l вак/n0,  де l вак = 540 нм для світлофільтру № 5 та кювети 5 см , l довжина хвилі падаючого світла, п0 - показник заломлення дисперсійного середовища.

Метод спектру каламутності, за допомогою якого можна знайти радіус частинок дисперсної фази, заснований на експериментальному визначенні оптичної щільності при різних значеннях довжини хвилі падаючого світла. Це дозволяє розрахувати величину χ - показник ступеня, що залежить від радіуса частки r і співвідношення показників заломлення дисперсної фази і дисперсійного середовища з наступною оцінкою розміру часток за допомогою спеціальної градуювальної кривої Геллера χ (r)

де В ' величина, постійна при постійній концентрації частинок дисперсної фази і товщині розсіюючого шару. Дане рівняння можна перетворити до вигляду:

Рівняння показує, що величину χ можна визначити як тангенс кута нахилу прямої, відповідної залежності величини ln D (Y) від (- ln λ (X)). Пряму будують за експериментальними значеннями оптичної густини дисперсної системи D, виміряної при різних значеннях довжини хвилі падаючого світла λ.

Для визначення показника ступеня χ будують залежності Y (ln D) (X (- ln λ), проводять відповідні прямі методом найменших квадратів. Отримують два значення χ (χ1 і χ 2), що відповідають двом використовуваним в роботі золям.
 Розрахунок величини χ проводять за формулами

е X 1, X 2 - абсциси, а Y1 ', Y2 і Y1'', Y2' - ординати точок, що лежать на прямих, побудованих за експериментальними даними. Оскільки для даної дисперсної системи величина χ залежить від радіуса частинок r і не залежить від їх концентрації n (якщо ця концентрація досить мала), близькість значень χ для золів з різною концентрацією частинок свідчить про правильність вимірювань і розрахунків. У цьому випадку можна обчислити їх середнє значення на підставі якого за градуювальної кривої, зображеної на рис. , оцінити середній радіус частинок золю каніфолі

 
Обработка экспериментальных данных для определения величины χ
 
 
Зависимость показателя степени χ от радиуса частиц r (кривая Геллера)
 
 
 
 

У висновках по роботі потрібно охарактеризувати залежність оптичної густини золів від довжини хвилі падаючого світла, привести чисельні значення показника ступеня χ, знайдені для двох золів з різними концентраціями дисперсної фази (χ1 і χ 2), середнє значення показника ступеня χ і визначений за допомогою градуювальної кривої середній радіус частинок золю.

Скачать файл