TÍNH CHẤT QUANG học của hệ KEO

TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA HỆ KEO NHÓM 8 TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA HỆ KEO Bùi Phương Linh – 20191238 Nguyễn Hoàng Lân – 20190913 Đặng Tuấn Minh – 20190955 Nguyễn Quốc Khánh – 20190892 NỘI DUNG 01 Sự tán xạ[.]

NHÓM 8:

TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA HỆ KEO

Bùi Phương Linh – 20191238 Nguyễn Hoàng Lân – 20190913 Đặng Tuấn Minh – 20190955 Nguyễn Quốc Khánh – 20190892

NỘI

02 Phương trình Rayleigh

03 SỰ HẤP THŲ ÁNH SÁNG CỦA HỆ KEO

Sự tán xạ ánh sáng

• Sự tán xạ ánh sáng của hệ keo là do sự phản xạ, nhiễu xạ, khúc xạ hay huỳnh quang ánh sáng của hạt keo

Trong thực tế, các hiện tượng ánh sáng kể trên luôn xuất hiện đồng thời Tuy nhiên, tùy điều kiện cụ thể mà hiệu ứng này nổi trội hơn các hiệu ứng khác - Sự phản xạ ánh sáng xảy ra trong trường hợp kích thước hạt keo lớn hơn so với bước sóng của ánh sáng tới

Trong các hệ: hệ huyền phù, nhũ tương, sương mù, bụi trong không khí các hạt keo đều phản xạ ánh sáng Do tác động nhiệt nên ánh sáng phản xạ được truyền đồng đều khắp mọi hướng tạo ánh sáng tán xạ

Nếu kích thước của hạt keo nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng tới thì ánh sáng bị nhiễu xạ

Do đó ánh sáng tán xạ của hệ keo chủ yếu là do nhiễu xạ bởi các hạt keo

- Trong hệ keo, 2 tính chất đặc trưng nhất là sự phân tán ánh sáng và

sự hấp thụ ánh sáng.

Một số đặc tính của ánh sáng:

● Truyền theo mọi hướng

● Cường độ ánh sáng phân tán theo các hướng khác nhau là

khác nhau

● Ánh sáng phân tán thường bị phân cực

● Đối với các hạt bé thì ánh sáng phân tán theo góc 0 độ và 180

độ hoàn toàn ko phân cực, còn ánh sáng phân tán theo góc

90 độ là phân cực hoàn toàn

.

Phương trình

Rayleigh

Nếu hạt keo hình cầu, không dẫn điện, phân tán trong dung dịch loãng thì

sự phụ thuộc của cường độ sáng nhiễu xạ-tán xạ do các hạt keo vào độ dài sóng và tính chất của dung dịch keo được mô tả bởi phương trình:

I= 24I= 24 sin sin

Trong đó:

I : cường độ ánh sáng tán xạ

: cường độ ánh sáng tới

n’ : số hạt keo trong đơn vị thể tích sol

V : thể tích của 1 hạt keo

: bước sóng ánh sáng tới

x : khoảng cách từ hạt keo đến nguồn nhận

n : chỉ số khúc xạ pha phân tán

chỉ số khúc xạ môi trường phân tán

: góc giữa hướng ánh sáng tới và ánh sáng tán xạ

1 Đối với 2 dung dịch của cùng 1 chất tan có nồng độ khối lượng như nhau, nhưng độ phân tán khác nhau( trong cùng 1 điều kiện) thì phương trình Rayleigh có thể viết dưới dạng:

( D là độ phân tán; D= với d là bán kính của hạt) Bán kính hạt keo càng lớn, độ phân tán càng nhỏ thì cường độ ánh sáng tán xạ càng lớn Phương trình Rayleigh ko áp dụng cho dung dịch thực

Kết luận từ phương trình

= = = =

2 Độ dài sóng ánh sáng càng nhỏ chiếu vào dung dịch keo thì mức độ tán xạ càng lớn

3 Hiệu số chỉ số khúc xạ của môi trường phân tán và pha phân tán càng nhỏ thì cường độ ánh sáng tán xạ càng yếu

Công thức Rayleigh chỉ áp dụng cho hệ keo có kích

thước hạt từ 10 -9 -10 -7 m Đối với các sol có hạt từ 10

-7 -1,5.10 -7 m thì cường độ tán xạ bằng:: I=, ,

và đối với các sol có hạt từ 1,510 -7 -2,5.10 -7 m

thì cường độ tán xạ bằng:I= (K=const)

SỰ HẤP THŲ ÁNH SÁNG CỦA HỆ KEO

Khi chiếu một chùm ánh sáng vào dung dịch keo, một phân ánh sáng sẽ bị hấp thụ cho nên cường độ ánh sáng xuyên qua bao giờ cũng nhỏ hơn cường độ ánh sáng tới Sự hấp thụ ánh sáng tuân theo định luật Lambert - Beer:

= (1)

Trong đó , cuờng độ ánh sáng tia ló và tia tới

là hệ số hấp thụ mol

d bề dày lớp dung dịch nghiên cứu

C Nồng độ chất hấp thụ mol (mol/l)

Theo định luật Beer – Lambert:

Cường độ tia ló phụ thuộc vào chiều dày của lớp dung dịch và nồng độ chất tan Nếu chiều dày lớp dung dịch tăng theo cấp số cộng thì cường độ tia

ló giảm theo cấp số nhân lượng ánh sáng được hấp thụ ở mọi điểm trong hệ là bằng nhau Cũng

có thể nói rằng các lớp bằng nhau trong hệ đều hấp thụ một lượng ánh sáng băng nhau (nếu

tưởng tượng hệ có thể tách ra thành nhiều lớp nhỏ bằng nhau)

Phương trình (1) còn được dùng dưới dạng:

E: được gọi là độ hấp thụ hay mật độ quang của dung dịch

Biểu thức: D = gọi là độ truyền suất tương đối (độ trong suốt

tương đối)

Mặt khác, nếu viết biểu thúc của định luật Beer - Lambert

dưới dạng:

A - độ hấp thụ tương đối của dung dịch.

E = In = K.C.d (2)

= 1 - = A (3)

=> Phương trình Beer- Lambert được dùng cho dung dịch đồng thể nhưng cũng thich hợp cho cả dung dịch keo khi bề dày dung dịch keo không quá lớn và nồng

độ không quá сао.

1 Hệ số hấp thụ mol K là một đại lượng không đổi đặc trưng cho mỗi chất Nếu cho C = 1 và d = 1 thì K = In Khi K = 0 thì = , cường độ tia ló bằng tia tới, dung dịch không hấp thụ ánh sáng

2 Hệ số hấp thụ mol phụ thuộc vào bản chất của hệ và bước sóng ánh sáng nhưng không phụ thuộc vào nồng độ hệ Do trong hệ keo đồng thời có sự hấp thụ và sự phân tán ánh sáng nên hệ số K cũng đồng thời cũng bao gồm hai hiện tượng đó

K = K1 + K2 (4)

Trong đó : K1 là hệ số hấp thụ thuần túy

K2 là hệ số hấp thụ giả (do hiện tuượng phân tán ánh sáng)

• Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh đuoc rằng K1 phụ thuộc bước sóng ánh sáng tới, K2 phụ thuộc bước sóng và độ phân tán của hệ keo.Vậy hệ số K và mật độ quang E phụ thuộc vào

cả hai yếu tố trên.

• Phương trình (1) có nhiều ứng dụng thực tế như: xác định mật độ quang suy ra nồng độ hệ keo

và hệ số hấp thu K

• K không phụ thuộc vào nồng độ nhưng biến thiên theo bước sóng của tia tới, nhiệt độ và bản chất của dung mội Định luật Lambert-Beer không chỉ đúng với dung dịch thực mà đúng với cả

hệ keo có nồng độ loãng và bể dày của lớp dd nhỏ

• Kích thước hạt ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng gián tiếp qua sự phân tán ánh sáng Do sư phân tán ánh sáng, một phần ánh sáng trắng đi qua hệ mất đi và một phần bức xạ làm cho chúng ta tưởng đó là sự hấp thụ.

MÀU CỦA HỆ KEO

Các hệ thống keo thường có màu sắc Những đá quý có màu là vì trong đá có một lượng rất nhỏ kim loại nặng hoặc oxít của chúng phân tán dưới dạng keo Trong ngọc đỏ tía có hợp chất của sắt, trong ngọc bích có hợp chất crôm, trong thuỷ tinh đỏ có một ít tạp chất vàng (10 -4%) Ta thường gặp các sol kim loại có màu đậm là vì tỷ trọng và chiết suất của môi trường phân tán và tướng phân tán rất khác nhau.

Nguyên nhân có màu của các hệ keo rất phức tạp Bản chất của tướng phân tán và môi trường phân tán, độ phân tán của hạt, hình dạng và cấu tạo của chúng đều ảnh hưởng đến màu sắc hệ keo vì các yếu tố này đều ảnh hưởng đến sự hấp thụ và phân tán ánh sáng Ngoài ra màu sắc của hệ keo còn phụ thuộc vào điều kiện quan sát và cách điều chế chúng.

●Các sol á kim, không hấp thụ chọn lọc ánh sáng, có màu vàng da cam khi nhìn thẳng và màu xanh da trời khi ta nhìn ngang

●Đối với sol kim loại thì cả sự phân tán và hấp thụ ánh sáng đều ảnh hưởng đến màu sắc của chúng Mỗi sol kim loại có thể có nhiều màu tuỳ thuộc vào kích thước của hạt Ví dụ: Sol Au có độ phân tán thô hấp thụ ánh sáng rất ít (phần lớn là sóng dài) và phân tán ánh sáng mạnh (nhất là sóng dài) nên có màu đỏ khi nhìn ngang và màu xanh ra trời khi nhìn thẳng; sol Au

ở độ phân tán cao thì ngược lại, còn ở độ phân tán cao hơn nữa, sol Au có màu vàng gần như màu của dung dịch thật

●Chính độ phân tán và hình dạng của hạt keo là hai yếu tố có ảnh

hưởng rất lớn lên tính chất quang học và màu sắc của các hệ thống keo