§ 5 Коллоидты ерітінділердің оптикалық қасиеттері

Дисперсті системалардың оптикалық қасиеттерін зерттеу ондағы бөлшектердің құрылымын, түрін, өлшемін және концентрациясын анықтауға септеледі. Коллоидты ерітінділердің оптикалық және молекулалық-кинетикалық қасиеттерін біріктіріп, өзара ұштастырып зерттеген нәтижелі. Дисперсті системадағы электромагнитті жарық толқынының қозғалысын қарастырайық. Дисперстік ортадан өтетін жарық бөлшектермен әрекеттесіп, жұтылады, шағыласады немесе шашырайды. Жарнықтың бөлшек бетіне тиіп, онан шағылысуы оптиканың геометриялық заңы бойынша, яғни толқын ұзындығы бөлшек өлшемінен кіші болса ғана жүзеге асады. Спектрдің көрінетін бөлігі үшін бұл шарт ірі дисперсті системаларда ғана сақталады. Ал, бөлшек өлшемі толқын ұзындығынан едәуір кіші болатын коллоидты системаларға басқа жарық шашырату құбылысы тән.

Дисперсті система арқылы өткен жарық сәуленің интенсивтілігі біршама төмендейді және бұл бірден екі процесті тудырады: жұту және шашырату. Жарық жұтылған кезде оның энергиясы жылуға айналады. Боялған орталардың көмегімен жарық жұтудың негізгі заңдылығын Ламберт пен Беер анықтаған. Ламберт заңына орай, ерітіндінің өте жұқа қабаты арқылы өтетін жарық интенсивтілігінің өзгеруі, өзі өткен ерітінді қабатының қалыңдығына тура пропорционалды, ал Беер заңына сәйкес ерітіндіде еріген зат концентрациясының жоғарылауы ерітінді қабатының қалыңдығы сияқты әсер етеді. Ламберт және Беер заңын дифференциалды тұрғыдан біріктіріп, өрнектеуге болады:

dI = KC · dx (81)

мұндағы dI- өткен жарық интенсивтілігі; К- пропорционалдық коэффициенті; С- ерітін,ді концентрациясы, dx- жарық өткен ерітінді қабатының қалыңдығы.

Бұл теңдеудің интегралдық түрі:

I = I ₀e^-KCX (82)

немесе

In I / I₀ = KC dx (83)

мұндағы I₀- ерітіндіге түскен жарық интенсивтілігі; I- ерітіндіден шыққан жарық интенсивтілігі.

Осы тұста ескерте кететін бір жай бар: егер ерітінді концентрациясын өзгерткенде еріген зат диссоциацияланбаса немесе агрегацияланбаса, онда Ламберт-Беердің біріккен заңы орындалады.

(83) теңдеудің оң жағындағы бөлігін (Ig I₀ / I ) оптикалық тығыздық деп атайды. Ондағы пропорционалдық коэффициентін көбінесе жарық жұтудың молекулалық коэффициенті деп те айтады және оны ерітінді концентрациясы мен қабат қалыңдығы бірге тең болатын жағдайда оптикалық тығыздық ретінде қабылдайды. Жарықтың жұтылу заңын жоғарыдағы шарт орындалған жағдайда, яғни молекулалар мен бөлшектерде диссоциация мен агрегация жүрмегенде ғана дисперсті және коллоидты системаларға қолдануға болады екен. Диспрсті системаларға тән оптикалық құбылыс- жарықтың шашырауы. Жарық шашыраған кезде түскен сәуле энергиясы жылуға айналмастан, оны бөлшектер әртүрлі бағытта қайтадан шығарады. Сондықтан да шашыраған жарықты қараңғы фонға қарсы бүйірінен байқуға болады.

Жарықтың шашырауын жүйелі түрде зерттеу XIX ғасырдың ортасында басталды (1852 ж. Брюкке; 1857 ж. Фарадей; 1869 ж. Тиндаль). Әсіресе, жарық шашырауын Тиндаль өте тиянақтцы және нақтылы зерттеді, ол сондай-ақ, жарық шашырауын байқаудың бірден-бір жеңіл де қарапайым әдісін ұсынды. Тиндаль әдісі бойынша коллоидты ерітіндіні қараңғы жерге орналастырып, оның бүйір жағынан жарық сәулесін түсіреді. Осындағы бүйір жағынан көрінетін сәуле Тиндаль конусы деп аталады.

Жарықтың шашырау теориясын Релей (1871-1899 ж.) зерттеген. Оның бұл теориясын бөлшек өлшемі түсетін жарық толқынының ұзындығынан бірнеше есе кіші, шар тәрізді, тоқ өткізбейтін системаларға қолдануға болады. Жарық толқыны электр өрісінің әсерінен зольдегі диэлектрлік бөлшектерде индуцирленген дипольдер пайда болып, олардың өздері де сәуле таратады деген жорамал бар.