Оптические свойства. оптические свойства. Лабораторная работа "Оптические свойства дисперсных систем"
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
Лабораторная работа "Оптические свойства дисперсных систем" Цель работы: Изучение оптических свойств дисперсных систем и методов их исследования; определение размеров частиц дисперсных систем и изучение кинетики образования гидрозоля. Теоретическая часть Оптические свойства дисперсных систем интересны тем, что интенсивность многих из них является максимальной в коллоидной области дисперсности. Эта особенность связана с тем, что длина световых волн видимой части спектра (400-760) 10-9 нм сопоставима по всей величине с размерами коллоидных частиц. В основе оптических свойств высокодисперсных систем лежит два сложных световых явления – светорассеивание (опалесценция) и поглощение (абсорбция) света. Рассеяние света в грубодисперсных системах (обычных суспензиях и эмульсиях) обуславливается следующими тремя основными причинами: 1. отражением световых волн от наружных поверхностей частиц; 2. преломлением (в случае прозрачности дисперсной фазы); 3. полным внутренним отражением (также в случае прозрачности вещества частиц). Теория светорассеяния, разработанная Рэлеем, устанавливает зависимость интенсивности светорассеяния от внутренних и внешних факторов:  где J0 и Jрас − интенсивности падающего и рассеянного света соответственно; F − функция показателей преломления; υ − концентрация частиц в единицу объема системы (частичная концентрация); Θ− угол между направлениями распространения рассеянного и падающего света. Уравнение Рэлея может быть использовано для определения размеров частиц сферической формы: если их радиус r не превышает 1/20 длины волны λ падающего света. Опытная проверка уравнения показала, что оно применимо для неметаллических частиц с размером от 5 до 100 ∙ 10-9 м. С увеличением размеров частиц закон Рэлея перестает соблюдаться и интенсивность рассеянного света становится обратно пропорциональной длине волны в степени, меньшей, чем четвертая (для частиц с размерами (100 − 150) ∙ 10-9 м – в третьей степени, для частиц с размерами (150 − 250) ∙ 10-9 м – во второй степени). Для частиц еще больших размеров интенсивность рассеянного света перестает зависеть от длины волны падающего света. В этих случаях пользуются либо уравнениями, вытекающими из общей теории светорассеяния, либо эмпирическими соотношениями. Работа 2. Определение размеров частиц дисперсных систем, не подчиняющихся уравнению Рэлея Экспериментальная часть Для получения гидрозоля серы используется окислительно-восстановительная реакция между гипосульфитом и соляной кислотой. Na2S2O3 + 2HCl = 2NaCl + SO2 + S + H2O В мерных колбах объемом 50 мл готовим отдельно водные растворы гипосульфата и соляной кислоты с концентрацией растворенных веществ от 0,1 н, затем равные объемы (10 мл) растворов соляной кислоты и гипосульфата смешиваем и наблюдаем за образованием гидрозоля (помутнением раствора). Удобнее и надежнее проводить эти наблюдения с помощью фотоэлектроколориметра. Для этого полученный раствор выливаем в кювету фотоэлектроколориметра и наблюдаем за изменениями оптической плотности. Через некоторое время показания перестали изменяться и образовалась дисперсная система с определенными размерами частиц дисперсной фазы. Значения оптической плотности D гидрозоля серы, измеренные на светофильтре с длиной волны 440 нм, должны находиться в пределах от 0,70 до 0,95. После приготовления золей определяем их оптическую плотность при различных длинах волн падающего света (в интервале 440-670 нм). При каждой длине волны оптическую плотность измеряем на фотоэлектроколориметре три раза и рассчитываем среднее значение Dср. Результаты работы Находим значения lgλ и lgDср. Строим график в координатах lgDср – lgλ  Зависимость в соответствии с уравнением Геллера D = kλ-n представляет собой прямую линию, тангенс угла наклона который равен показателю степени “n” с минусом. Значение показателя степени “n” в этих уравнениях зависит от соотношения между размером частицы и длиной волны падающего света, характеризуемого параметром “z”.  Показатель “n” определяем по тангенсу угла наклона полученной прямой линии. По таблице принимаем Z=8,0. Тогда  Найденные значения r соответствует среднему радиусу частиц гидрозоля. Экспериментальные данные для расчета размеров частиц дисперсных систем, не подчиняющихся уравнению Рэлея
Работа 3. Изучение кинетики образования гидрозоля Экспериментальная часть В качестве объекта исследования используем гидрозоль серы. Его получаем на основе уравнения реакции между гипосульфитом и соляной кислотой, описанном выше (см. работу 2). Готовим в отдельных сосудах растворы гипосульфита и соляной кислоты 0,1 н. Затем равные объемы (10 мл) растворов соляной кислоты и гипосульфита быстро смешиваем и заливаем в кювету фотоэлектроколориметра. Включаем секундомер и через каждую минуту производим измерение интенсивности рассеянного света или оптическую плотность (светофильтр с λ = 440 нм). Результаты работы Строим график в координатах «оптическая плотность D – время t».  На графике отмечаем индукционный период (tинд) реакции, соответствующий времени метастабильного состояния системы- стадии образования зародышей дисперсной фазы. tинд = 250 сек. Вывод: В ходе данной работы были изучены оптические свойства дисперсных систем и методы их исследования, экспериментально на примере гидрозоля серы были определены размеры дисперсных частиц согласно уравнению Геллера и изучена кинетика образования гидрозоля с определением индукционного периода. |