3.6. Другие практически важные следствия, вытекающие из анализа уравнения Рэлея

Выше уже отмечалось, что

- интенсивность рассеянного света (Ip) сильно возрастает с увели­чением разности показателей преломления дисперсной фазы n и диспер­сионной среды n_0. Для большинства растворов ВМВ такая разность ма­ла, и они весьма слабо опалесцируют. А это позволяет отличить их от суспензоидных золей;

- величина Ip обратно пропорциональна ⁴. Соответственно при прохождении пучка белого света должны рассеиваться преимущественно наиболее короткие волны - синей и фиолетовой частей спектра. Вследс­твие этого золи с неокрашенным веществом дисперсной фазы в боковом рассеянном свете кажутся голубыми, а в проходящей свете - красноваты­ми (с оранжево-красными оттенками), что хорошо видно, например, на гидрозолях серы, канифоли, хлористого серебра. Аналогично и многие бесцветные минералы имеют оранжево-красную окраску в прямом проходящем свете (красные лучи слабо рассеиваются) и голубоватую при наблюдении сбоку. С теми же явлениями связаны голубой цвет табачного дыма, керосина, снятого молока, а также голубой цвет неба как результат рассеяния света мельчайшими капельками воды и флуктуаций плотности газов атмосферы и красноватый цвет небесных светил при расположении их вблизи горизонта (красноватые цвета восходов и закатов).

Зависимость интенсивности светорассеяния от длины волны использу­ется в сигнализации и радиолокации. Так, для светомаскировки применяют синие лампы. Свет от них не виден с самолетов: проходя через толстый слой атмосферы, содержа­щей множество коллоидных частиц пыли, тумана и дыма, он полностью рассеивается. Для сигнализации в тумане и обозначе­ния опасных мест на аэродромах применяют красные сигнальные лампы: красный свет, напротив, рассеивается сравни­тельно мало, поэтому виден и в тумане.

3.7. Оптические явления и окраска золей

Большинство коллоидных растворов по интенсивности окраски в десят­ки и сотни раз превосходят истинные растворы. Например, золи Аs₂S₃ -ярко-желтого, Sb₂S₃ – оранжевого, Fе(ОН)₃ -красновато-коричневого цвета. Исключительно высокой интенсивностью окраски обладают золи с проводящими металлическими частицами. Она превышает иногда в сотни раз ин­тенсивность окраски некоторых красителей. Так, при одинаковых кон­центрациях интенсивность окраски красного золя золота в 400 раз больше интенсивности окраски красителя фуксина. Отмеченные и анало­гичные факты связаны с явлениями избирательного поглощения и рас­сеяния света.

Уравнение Рэлея справедливо для непроводящих частиц. Золям же ме­таллов присущи более сложные закономерности: переменное электромаг­нитное поле световой волны генерирует в частицах проводника электри­ческий ток. При этом большая часть энергии волны превращается в джоулево тепло, и происходит значительное поглощение света. Последнее возможно также и в случае непроводящих частиц, например, золей бер­линской лазури, являясь причиной их яркой окраски.

Как уже отмечалось, интенсивность окраски золей меняется с измене­нием их дисперсности. Она максимальная при средних размерах частиц и уменьшается как при увеличении, так и при уменьшении дисперсности. Эффект влияния дисперсности связан с изменением и спектра поглоще­ния, и спектра рассеяния (фиктивного поглощения). Поэтому золи одного и того же вещества, в частности металла¹⁰, имеют разную окраску при различной дисперсности. Например, высокодисперсные золи золота (r-20 нм), поглощающие преимущественно зеленую часть спектра, имеют интенсивно-красную окраску. С увеличением размеров частиц до 50 нм они приобретают синюю окраску в проходящем свете (максимум поглоще­ния приходится на желтую часть спектра - 590-600 нм) и буро-лиловую при боковом освещении. Интересно, что чрезвычайно высокодисперсные золи золота, поглощая синюю часть спектра (440-450 нм), имеют желтую окраску, как и истинный раствор соли, например, хлорида золота AuСl₃. Точно так же органозоли щелочных металлов весьма близки по ок­раске к парам этих металлов. Кривые световой абсорбции золей серы по мере увеличения дисперсности также постепенно приближаются к кривой абсорбции молекулярных растворов серы, т.е. и здесь просматрива­ется непрерывность свойств при переходе от коллоидных растворов к истинным.

Наличием высокодисперсных частиц металлов, их оксидов и связанными с ними явлениями избирательного поглощения и рассеяния света объяс­няется окраска многих минералов, драгоценных камней и самоцветов. Так, окраска голубой каменной соли обусловлена дефектами решетки NaCl, возникающими при переходе Na⁺ + e  Na⁰. Дымчатый кварц, аметист, сапфир представляют собой окрашенные разновидности кварца, где в ре­шетке SiО₂ диспергированы частицы Mn, Fe и других металлов. Рубин - коллоидный раствор Cr или Au в Al₂O₃. Искусственные рубиновые стекла также представляют собой коллоидные растворы золота в стекле и по­лучают их путем восстановления Аu³ в расплавленном стекле (проз­рачным рубиновым стеклам окраску придают коллоидные частицы оксидов золота, железа).

Нельзя не отметить и тот факт, что практически всем краскам и эмалям цвета сообщаются дисперсными пигментами из оксидов и солей метал­лов (Ti,Fe,Sn,Сu и др.).