丁达尔效应
光的散射现象
丁达尔效应(Tyndall effect,又称丁达尔现象)是胶体分散系的一种重要的光学性质,广泛用于胶体鉴别实验。当一束光透过胶体时可以观察到胶体里出现一条明亮的“通路”,例如:激光笔照射 Fe(OH)3胶体溶液时出现的光路、雾中汽车大灯前明亮的光路等。这类现象被称作丁达尔效应。
效应介绍
命名始源
英国物理学家约翰·丁达尔(John Tyndall,1820~1893年) ,1869年,约翰·丁达尔发现,当光通过胶体时,从垂直入射光的方向可以观察到一条光的通路,即丁达尔效应。 这条光亮的“通路”是由于胶体粒子对光的散射形成的。丁达尔效应是区分胶体和溶液的一种常用物理方法。
产生原因
丁达尔效应是胶体特有的性质, 而这种特性来源于胶体分散相中尺寸约 1~100 nm 的粒子
“丁达尔效应”,即当光传播途中遇到微粒时,由于光波的波长大于微粒尺度而发生的散射现象,而且光的波长越接近微粒的尺度则散射现象越明显,原因在于微粒的尺度越小,即体积越小,会使得散射光的强度急剧降低,从而光路也不能明显地被观察到。
当光束透过微粒直径为1~100nm的胶体时,从垂直于入射光的方向观察,可以看到胶体中出现1条光亮的“通路”,这条“通路”的形成是由于溶胶粒子一般不超过100nm,小于可见光波长(400~700nm),从而当可见光透过溶胶时产生丁达尔效应。而对于溶液,由于分子或离子粒径更小,且散射光的强度会随散射粒子体积的减小而明显减弱,从而几乎不会产生丁达尔效应。
实际应用
丁达尔效应是区分胶体与溶液的一种常用物理方法。(还可以用半透膜检测)
丁达尔效应在生物医药工作方面的应用:在临床检验领域有较为广泛的研究,例如:生物试剂检测与制备,对生物分子的浓度进行快速检测;耳石症辅助诊断;输液制剂检测等。
丁达尔效应在工业生产与制造领域方面的应用:疏水材料生产;辅助芯片金属沉积;太阳能电池等。
丁达尔效应在食品安全方面的应用:雾霾检测;白酒鉴定;某些农药的残留检测等。
实验例证
丁达尔现象
传统的丁达尔效应演示实验常采用胶体和纯净水对照的方法,通过激光笔照射,对比观察有无明亮“通路”出现
1869年,丁达尔发现,若令一束汇聚的光通过溶胶,则从侧面(即与光束垂直的方向)可以看到一个发光的圆锥体,这就是丁达尔效应。
其他分散体系(分散系)产生的这种现象远不如胶体显著,因此,丁达尔效应实际上成为判别胶体与真溶液的最简便的方法。如图1所示为Fe(OH)3 【氢氧化铁胶体】(上图)与CuSO4【硫酸铜溶液】(下图)的区别。
可见光的波长约在400~700nm之间,当光线射入分散体系时,一部分自由地通过,一部分被吸收、反射或散射,可能发生以下三种情况:
(1)当光束通过粗分散体系,由于分散质的粒子大于入射光的波长,主要发生反射或折射现象,使体系呈现混浊。
(2)当光线通过胶体溶液,由于分散质粒子的直径一般在1~100nm之间,小于入射光的波长,主要发生散射,可以看见乳白色的光柱,出现丁达尔现象。
(3)当光束通过分子溶液,由于溶液十分均匀,散射光因相互干涉而完全抵消,看不见散射光。
胶体现象
1869年,英国科学家约翰·丁达尔发现了丁达尔现象。丁达尔现象是胶体中分散质微粒对可见光(波长为400~700nm)散射而形成的。它在实验室里可用于胶体与溶液的鉴别。
光射到微粒上可以发生两种情况,一是当微粒直径大于入射光波长很多倍时,发生光的反射;二是微粒直径小于入射光的波长时,发生光的散射,散射出来的光称为乳光。散射光的强度,还随着微粒浓度增大而增加,因此进行实验时,胶体浓度不要太稀。
暗室现象
在暗室中,让一束平行光线通过肉眼看来完全透明的胶体,从垂直于光束的方向,可以观察到浑浊发亮的光柱,其中有微粒闪烁,该现象称为丁达尔效应。在胶体中分散质粒子直径比可见光波长要短,入射光的电磁波使颗粒中的电子做与入射光波同频率的强迫振动,致使颗粒本身像一个新光源一样,向各方向发出与入射光同频率的光波。丁达尔效应就是粒子对光散射(光波偏离原来方向而发散传播)作用的结果,如黑夜中看到的探照灯的光束、晴天时天空中的蓝色,都是粒子对光的散射作用。根据散射光强的规律和溶胶粒子的特点,只有溶胶具有较强的光散射现象,故丁达尔现象常被认为是胶体体系的特征现象。
树林现象
清晨,在茂密的树林中,常常可以看到从枝叶间透过的一道道光柱,类似于这种自然界现象,也是丁达尔现象。这是因为云、雾、烟尘也是胶体,只是这些胶体的分散剂是空气,分散质是微小的尘埃或液滴。
耶稣光
摄影界有人将丁达尔效应趣称为“耶稣光”, 耶稣光即丁达尔效应的形成是靠雾气或是大气中的灰尘:当太阳照射下来投射在上面时,就可以明显看出光线的线条;加上太阳是大面积的光线,所以投射下来的通常不会只是一点点,而是一整片的壮阔画面。
现象实例
2015年8月7日傍晚,受2015年第13号台风“苏迪罗”外围云系影响,福州市西面出现美丽的“耶稣光”。
2023年5月16日清晨,雨后的凉山州西昌市邛海国家湿地公园上空出现“丁达尔效应”。
2023年8月10日,重庆,日出时分,南川区大观镇铁桥村上空出现丁达尔效应。
2024年11月12日,辽宁沈阳现万米丁达尔效应。
参考资料
John Tyndall.Britannica.
最新修订时间:2024-12-25 18:36
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