对丁达尔效应的研究

《对丁达尔效应的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、对丁达尔效应的研究摘要：丁达尔效应实验引入激光笔作光源已成为教师广泛采用的方法，然而由于激光的特殊性，实验中出现的一些问题也随之增多，文章对这些问题进行了实验对照和理论研究，得出了一般体系都有光散射现象，只是强弱不同，并对这种差异进行了理论分析，同时对黑暗中一些体系的光散射以及光辐射等疑难问题进行了理论研究。　　关键词：分散系；丁达尔效应；光散射；发射光谱频移　　：1005–6629（2014）1–0044–04中图分类号：G633.8文献标识码：B　　丁达尔效应是胶体分散系的一种重要的光学性质，这种光学性质也是中学教师关于胶体性质和胶体分散系鉴别教学的重点内容，特别是近几年来以激光

2、笔为光源的丁达尔效应实验的结果更是引起了人们广泛的关注，其中一些研究成果引人瞩目[1，2]，但是仍有很多问题需要在实验的基础上，进行深入的理论研究。　　1分散体系的光散射实验　　为了全面准确地把握丁达尔效应产生的原因，我们对常见的一些溶剂、不同的分散系采用不同的光源进行实验，盛装药品的玻璃仪器均为50mL小烧杯，三色激光笔（50m，绿/532nm，蓝紫/405nm）；绿色激光笔（200m±10）。实验结果如表1所示。　　实验结果表明以不同激光笔为光源的丁达尔效应实验展示了和以往人们关于丁达尔效应实验现象不同的诸多方面：（1）大多数不同的体系均有光亮的通路，有强弱之分；（2）功率高的绿

3、色激光笔几乎对所有分散系形成光亮通路且可透过；（3）纯水也有程度不同的光亮通路；（4）对于溶液而言正常光线下是微弱光亮通路或没有光亮通路，但是在黑暗中确是较明显的光亮通路；蒸馏水也一样；而光亮通路（垂直于光的入射方向观察的结果）的颜色以及透过光或光斑（透过分散系在背景墙上形成的光点）的颜色也成为人们研究的另一方面。对此我们认为，上面表1、2说明发出不同颜色激光的激光笔给丁达尔效应实验带来了极大的方便，但是也出现了复杂情况，因此结合化学实验以及理论研究对丁达尔效应实验进行深入的研究是十分必要的，以下是我们根据光散射理论[3]、常见分散系分散质微粒大小之间的关系[4]进行的有关研究。　　

4、2实验结果的讨论　　表1、2展示的实验内容是一些具有代表性体系的丁达尔效应，但是实验结果却和教科书的一些内容有些出入，这些实验结果也是一些教师以及学生心中疑惑的问题，因此有必要对实验现象加以理论分析。　　2.1实验教学中应关注的问题　　研究实验结果之前对散射理论以及相关问题做必要的梳理是搞好实验分析的重要前提，也是深刻理解胶体分散系的必然要求，对此分析如下：　　（1）胶体分类中只有疏液胶体具有全面的胶体性质，亲液胶体以及缔合胶体严格讲和疏液胶体具有本质区别。　　（2）胶体的分类是相对的，其中微粒大小略小于1nm或略大于100nm的分散系也具有一定的胶体性质[5]。　　（3）体系微粒对

5、光的散射是广泛存在的，散射的原因不同结果也不同，胶体分散系可能没有丁达尔效应，非胶体体系也可能有丁达尔效应，一般看来胶体分散系的丁达尔效应比较强[6]。　　（4）光亮通路的颜色及原因、入射光、散射光、透射光性质、溶胶颜色等问题应该引起教师的关注。　　（5）观察光亮通路的最佳位置应该引导学生实验研究并加以总结。　　2.2分散体系光散射实验结果分析　　2.2.1CCl4（l）、C6H6（l）、H2O（l）的光散射　　这三种液体的实验结果表明有微弱的丁达尔现象，依据Rayleigh散射理论如n1=n2则应该无散射现象，但是依据Debye散射理论观点，由于分子的热运动会引起液体密度的涨落，局

6、部区域密度的涨落会引起折射率的变化，从而引起系统的光学不均匀性而引起光散射，由于一定温度下分子的热运动变化不大，因此液体密度的变化也应该很微弱，所以这种散射也应该很微弱，另外CCl4分子间的卤键、C6H6分子间π-π以及C-H…π作用，H2O分子之间的氢键等弱相互作用都可能促成小分子向大分子的聚集，实现进入1～100nm而产生微弱的丁达尔现象也是很重要的因素，例如研究表明H2O分子之间通过氢键确实可以形成纳米水，纳米水分子的大小在2～100nm之间[7]。　　2.2.2医用酒精、CuSO4（饱和）、NaCl（饱和）的光散射　　这三种液体的实验结果表明有微弱的丁达尔现象，只是CuSO4

7、（饱和）对绿色或蓝紫色激光的丁达尔现象强些，依据Debye散射理论观点医用酒精、NaCl（饱和）的微弱丁达尔现象应该来自溶液中的溶剂密度的涨落，其次是溶质的浓度的涨落；而CuSO4（饱和）比较特殊，一是对红色激光没有通路，其原因是由于CuSO4（饱和）是蓝绿色的，说明其溶液对红光有吸收作用，所以没有光亮通路，二是CuSO4（饱和）对蓝紫色或绿色激光的散射比医用酒精、NaCl（饱和）强一些，这可能是在硫酸铜溶液中存在如下平衡[8]：　　CuSO4+2H2OC