A Tyndall-effektus a kémiában

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

A Tyndall-effektus vagy a Tyndall-jelenség egy olyan közeg által okozott fényszóródásból áll, amelyben kis részecskék vannak szuszpenzióban, például tej, kolloidok, vagy olyan helyiségek esetében, ahol füst vagy a levegő felemelkedett . Ez a hatás látható fénysugarat tesz lehetővé, amely egyébként észrevétlenül haladna át.

A Tyndall-effektus tipikus példája, amikor egy sötét szobában kinyitunk egy ablakot, és láthatjuk a fénysugarat, amely átszeli a helyiséget, amíg el nem éri a padlót. Akkor is, amikor éjszaka a köd közepén felkapcsoljuk egy autó fényszóróját, vagy amikor egy felhős erdőben a fák ágai között látjuk a napsugarakat.

Tyndall hatás

Ez a jelenség John Tyndall brit fizikusról, a Londoni Királyi Intézet természetfilozófia professzoráról kapta a nevét, aki a 19. században alaposan tanulmányozta a jelenséget. Ezt a jelenséget Rayleigh-Debye-szórásnak is nevezik.

A Tyndall-effektus egyike a számos fényszórási jelenségnek , amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy megmagyarázzuk a nap mint nap tett megfigyeléseinket, amelyek a fény és a különböző típusú részecskék közötti kölcsönhatásra vonatkoznak.

A Tyndall-effektus jellemzői

  • Ez egyfajta rugalmas szórás, ami azt jelenti, hogy nem jár hullámhossz-változással, így a beeső foton energiája megmarad.
  • Viszonylag nagy részecskék okozzák, amelyek mérete összemérhető a látható fény hullámhosszával vagy annál nagyobb.
  • Ez mind a részecskék méretétől, mind az egyes részecskéket alkotó anyagok molekulatömegétől függ.
  • Ez a beeső fény polarizációjától függ.
  • Kolloidokban és szuszpenziókban előfordul, de valódi oldatokban nem.

A Tyndall-effektus a Rayleigh-szórás ellen a MIE-szórás ellen

A Tyndall-effektus és a Rayleigh-szórás szorosan összefüggenek. Mindkettő fényszórási jelenség, amelyet a közegben, például gázban vagy folyadékban lévő részecskék okoznak. Ráadásul mindkét esetben a szórt fény hullámhossza nem változik, azaz a fotonok energiája megmarad, így a rugalmas szórás példái.

Végül mind a Tyndall-effektusnál, mind a Rayleigh-szórásnál megfigyelhető, hogy a legrövidebb hullámhosszú látható fény (kék és lila fény) az, amelyik a legnagyobb intenzitással szóródik.

A fő különbség a két típusú szórás között a fényszóródásért felelős részecskék mérete. A Tyndall-effektus esetében ez csak akkor figyelhető meg, ha a részecskék viszonylag nagyok, átmérőjük a beeső fény hullámhosszához mérhető, azaz 400-700 nm körüli, sőt nagyobb is lehet. Ez sok kolloid részecske mérettartományába esik.

Tyndall effektus reflektorok

Ezzel szemben a Rayleigh-szórás esetén ez sokkal kisebb, a hullámhossz 1/10 és 1/20 közötti részecskéinél történik, vagy még ennél is kevesebb. Ez a fajta szóródás egyedi atomoknál és molekuláknál , míg a Tyndall-effektus vagy nagy molekulatömegű makromolekuláknál, vagy sok kisebb molekulából álló részecskéknél jelentkezik.

Másrészt a MIE diszperzió. Ez a kifejezés az elektromágneses sugárzás (azaz a fény) gömb alakú részecskék általi szórását magyarázó elméleti keretre utal. A MIE szórási modell a Maxwell-egyenletek teljes elméleti kidolgozásából áll, hogy megmagyarázza és jellemezze az olyan szórási jelenségeket, mint a Rayleigh-szórás és a Tyndall-effektus.

A Tyndall-effektus felhasználása a kémiában és más területeken

A Tyndall-effektust széles körben alkalmazzák számos iparágban. A beeső fény intenzitása és a mintán áthaladó fény közötti kapcsolat mérése lehetővé teszi a minta zavarosságának meghatározását. Ez viszont összefügg a lebegő részecskék mennyiségével és méretével. Másrészt a minta által szórt fény intenzitása, különböző megfigyelési szögekben, lehetővé teszi a szuszpenzióban lévő részecskék átlagos méretének kísérleti meghatározását is, ami számos gyakorlati alkalmazást talál az iparban.

A kolloidok és a valódi oldatok megkülönböztetése

A Tyndall-effektus legegyszerűbb alkalmazása, hogy segítségével könnyen meg tudjuk különböztetni, hogy mikor vagyunk oldat vagy kolloid jelenlétében. Szabad szemmel egy kolloid, például az alvasztott zselatin teljesen átlátszónak tűnik, és homogén megjelenésű, nagyon hasonló az oldatéhoz . Vagyis nehéz megkülönböztetni a kolloidot az oldattól.

Ha azonban egy kolloid mintát lézerrel vagy csak fókuszált fénysugárral világítunk meg egy sötét szobában, akkor a Tyndall-effektus a fénysugarat a mintán belül is láthatóvá teszi, ami a valódi megoldásban nem így van. az oldatban lévő oldott anyagok túl kicsi részecskék ahhoz, hogy a Tyndall-effektus által szórást generáljanak. Ezért ez a hatás lehetővé teszi a kolloidok gyors és egyszerű felismerését.

turbidimetria

A turbimetria vagy a zavarosság mérése az atomi és molekuláris abszorpciós technikákhoz hasonló technika. Ezt a technikát széles körben alkalmazzák a vízminőség elemzésében, és a víz- vagy más anyagmintán áthaladó fény mennyiségének méréséből áll. A Lambert-Beer abszorbanciatörvényhez hasonló empirikus törvény segítségével meghatározható a mintában lévő lebegőanyag mennyisége, amely a vízminőség egyik fontos paramétere.

Tyndall hatás a víz zavarosságának mérésében

A zavarosság a zavartalan mintán áthaladó fény intenzitása (I) és a beeső fény intenzitása (I 0 ) közötti kapcsolat negatív logaritmusa :

Tyndall hatás a víz zavarosságának mérésében

Ezt a zavarosságot azután a szuszpendált részecskék koncentrációjával viszonyítják a következő kifejezéssel:

Tyndall hatás a víz zavarosságának mérésében

Ahol k az arányossági állandó (amely egyenértékű a Lambert-Beer törvény moláris abszorpciójával), l a minta optikai úthossza vagy vastagsága, C pedig a részecskék koncentrációja a szuszpenzióban.

Ennél a technikánál a szórt fény intenzitását a beeső fény irányában mérik egy turbidiméternek nevezett berendezés segítségével.

nefelometria

A nefelometria a turbidimetriához hasonló technika, azzal a különbséggel, hogy a fényintenzitás mérése helyett a beeső fénnyel azonos irányú, 90°-os szögben mérik. Ez a technika egy kolloid nagy részecskéinek diszperzióján is alapul (Tyndall-effektus), és széles körben használják bizonyos antitestek, például az M, G és A immunglobulinok (IgG, IgM és IgA) mennyiségi meghatározására.

Ezenkívül a nefelometriát a következőkre is használják:

  • Végezzen zavarosság méréseket
  • Kövesse nyomon a fehérjekötési kinetikát
  • Kövesse nyomon a mikrobiális növekedést a táptalajokban
  • Végezzen gyógyszeroldékonysági szűrést
  • Kőolaj-folyamatok szabályozása

A sugárirányú diszperziós függvény mérése

Kis részecskék esetében a Tyndall-szórást az RGD elmélet vagy a MIE elmélet segítségével lehet modellezni. Ezekben az esetekben a diszperzió nem egyenletes a különböző megfigyelési szögek mentén. Az a mód, ahogyan az intenzitás a szög függvényében változik, az úgynevezett radiális diszperziós függvény nagymértékben függ a fény hullámhossza és a részecske átmérője közötti kapcsolattól. Emiatt a sugárirányú szórási függvény mérése a beeső fény hullámhosszának ismeretében lehetővé teszi a szuszpenzióban lévő részecskék méretének kísérleti meghatározását.

Ez különösen hasznos számos ipari folyamat és termék, például aeroszolok, festékek stb. jellemzésében és minőségellenőrzésében.

Példák a Tyndall-effektus miatti jelenségekre

A szemek kék színe az íriszben előforduló Tyndall-szórásnak köszönhető. Ahogy az elején említettük, a lebegő részecskék jobban szórják a kék fényt, mint a többi színű fény, ezért az írisz mindig több kék fényt bocsát vissza, mint amennyi bejut a szembe. Ez a hatás valójában minden ember szemében megjelenik. Egyeseknél azért van barna vagy majdnem fekete szivárványhártya, mert az íriszben van egy melaninréteg, amely elnyeli az írisz által szórt kék fényt, így adja meg jellegzetes színét.

Tyndall hatás a kék szemekre

A Tyndall-effektuson alapul az a trükk, amellyel a tolvajok a filmekben biztonsági lézereket látnak a bankokban és más fokozottan biztonságos területeken. Ha talkumot vagy más finom port fújunk, szilárd részecskék kis szuszpenziója keletkezik, amely szétszórja a lézerek erősen kollimált fényét, és láthatóvá teszi azokat a szemünk számára.

Batman jele , amely a felhők fölé és a Gotham ködön keresztül vetül, amikor Gordon biztosnak beszélnie kell a szuperhőssel, csak a Tyndall-effektusnak köszönhetően látható. Ha ez a fajta szórás nem létezne, a fénysugár átmenne a felhőkön és a végtelen űrbe jutna anélkül, hogy látnánk, mivel nem jönne vissza foton, amely elérné a szemünket és létrehozná a denevér képét.

Hivatkozások

Barton, R. (2021, november 20.). John Tyndall | ír fizikus . Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/biography/John-Tyndall

Britannica, The Editors of Encyclopaedia. (2021, április 20.). Tyndall hatás | Meghatározás és tények . Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/Tyndall-effect

BYJU-é. (2021, március 22.). Általános adatvédelmi rendelet (GDPR) irányelvei BYJU’S . BYJUS. https://byjus.com/chemistry/tyndall-effect-dispersion-of-light/

Medina, M. (2018, február 4.). Turbidimetria és nefelometria . A bioanalitikus. https://elbioanalista.blogspot.com/2017/11/turbidimetria-y-nefelometria.html

Országos Orvostudományi Könyvtár. (2022, február 18.). Kvantitatív nefelometriai teszt . MedlinePlus. https://medlineplus.gov/spanish/ency/article/003545.htm

Nefelometria – Alkalmazás, elméleti háttér, műszerezés . (n.d.). KripKit. https://kripkit.com/nefelometra/

Rosas García, VM (2005, december 5.). A kolloidok optikai tulajdonságai . Vegyész69. http://www.geocities.ws/quimico69/fqav/propopti.htm

Valero, M. (nd). II. TÉMA: A FÉNYSZórás . Gredos.Usal.Es. https://gredos.usal.es/bitstream/handle/10366/120540/MID_11_084_3.pdf

Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados