Grunnlaget for Tyndall-fenomenet ligger. Start i naturfag. Anvendelse av Tyndall-effekten

Utseendet til en lysende kjegle på en mørk bakgrunn når lys er spredt i et grumset medium med partikkelstørrelser en størrelsesorden mindre enn lysets bølgelengde

Animasjon

Beskrivelse

Tyndall-effekten er gløden til et optisk inhomogent medium på grunn av spredningen av lys som passerer gjennom det. Det er forårsaket av diffraksjonen av lys på individuelle partikler eller elementer av strukturell heterogenitet av mediet, hvis størrelse er mye mindre enn bølgelengden til det spredte lyset. Karakteristisk for kolloidale systemer (for eksempel hydrosoler, tobakksrøyk) med en lav konsentrasjon av dispergerte fasepartikler med en brytningsindeks som er forskjellig fra brytningsindeksen til dispersjonsmediet. Typisk observert som en lyskjegle på mørk bakgrunn (Tyndall-kjegle) når en fokusert lysstråle føres fra siden gjennom en glasskyvette med planparallelle vegger fylt med en kolloidal løsning. Den kortbølgede komponenten av hvitt (ikke-monokromatisk) lys er spredt av kolloidale partikler sterkere enn langbølgekomponenten, derfor har Tyndall-kjeglen dannet av den i en ikke-absorberende aske en blå fargetone.

Tyndall-effekten er i hovedsak det samme som opalescens. Men tradisjonelt refererer det første begrepet til den intense spredningen av lys i et begrenset rom langs strålens bane, og det andre til den svake spredningen av lys av hele volumet til det observerte objektet.

Tyndall-effekten oppfattes av det blotte øye som en jevn glød av en del av volumet til et lysspredningssystem. Lys kommer fra individuelle punkter - diffraksjonsflekker, godt synlige under et optisk mikroskop med tilstrekkelig sterk belysning av den fortynnede solen. Intensiteten til lys spredt i en gitt retning (ved konstante parametere for det innfallende lyset) avhenger av antall spredningspartikler og deres størrelse.

Timing egenskaper

Starttid (logg til -12 til -6);

Levetid (log tc fra -12 til 15);

Nedbrytningstid (log td fra -12 til -6);

Tidspunkt for optimal utvikling (log tk fra -9 til -7).

Diagram:

Tekniske implementeringer av effekten

Teknisk implementering av effekten

Effekten kan lett observeres når en helium-neon laserstråle føres gjennom en kolloidal løsning (ganske enkelt ufarget stivelsesgelé).

Bruke en effekt

Metoder basert på Tyndall-effekten for å oppdage, bestemme størrelsen og konsentrasjonen av kolloidale partikler (ultramikroskopi, nefelometri er mye brukt i vitenskapelig forskning og industriell praksis).

Eksempel. Ultramikroskop.

Et ultramikroskop er et optisk instrument for å oppdage små (kolloidale) partikler hvis størrelse er mindre enn oppløsningsgrensen for konvensjonelle lysmikroskoper. Evnen til å oppdage slike partikler ved hjelp av et ultramikroskop skyldes diffraksjonen av lys ved Tyndall-effekten. Under sterk sidebelysning merkes hver partikkel i ultramikroskopet av observatøren som et lyst punkt (lysende diffraksjonsflekk) på en mørk bakgrunn. På grunn av diffraksjon på de minste partiklene er det veldig lite lys, så i et ultramikroskop brukes som regel sterke lyskilder. Avhengig av belysningsintensiteten, lengden på lysbølgen, forskjellen i brytningsindeksene til partikkelen og mediet, kan partikler som varierer i størrelse fra 20-50 nm til 1-5 mikron detekteres. Det er umulig å bestemme den sanne størrelsen, formen og strukturen til partikler fra diffraksjonsflekker. Et ultramikroskop gir ikke optiske bilder av objektene som studeres. Ved hjelp av et ultramikroskop er det imidlertid mulig å bestemme tilstedeværelsen og den numeriske konsentrasjonen av partikler, studere bevegelsen deres, og også beregne den gjennomsnittlige partikkelstørrelsen hvis vektkonsentrasjonen og tettheten deres er kjent.

I skjemaet med et spalte-ultramikroskop (fig. 1a), er systemet som studeres ubevegelig.

Skjematisk diagram av et spaltemikroskop

Ris. 1a

Kyvette 5 med objektet som studeres er opplyst av en lyskilde 1 (2 - kondensator, 4 - lyslinse) gjennom en smal rektangulær spalte 3, hvis bilde projiseres inn i observasjonssonen. Gjennom okularet til observasjonsmikroskop 6 er lysende punkter av partikler plassert i spaltens bildeplan synlige. Over og under det opplyste området oppdages ikke tilstedeværelsen av partikler.

I et strømningsultramikroskop (fig. 1b) beveger partiklene som studeres seg langs røret mot observatørens øye.

Skjematisk diagram av et strømningsmikroskop

Ris. 1b

Når de krysser belysningssonen, oppdages de som lyse blink visuelt eller ved hjelp av en fotometrisk enhet. Ved å justere lysstyrken for belysning av de observerte partikler med en bevegelig fotometrisk kile 7, er det mulig å velge for registrering partikler hvis størrelse overskrider en gitt grense. Ved hjelp av et moderne strømningsultramikroskop med laserlyskilde og et optisk-elektronisk partikkelregistreringssystem bestemmes konsentrasjonen av partikler i aerosoler i området fra 1 til 109 partikler per 1 cm3, og partikkelstørrelsesfordelingsfunksjoner finnes også.

• … Han begynte å tenke på hva som var hva.
• Tilsynelatende er lyset redd for pine.
• Så melet er perfekt
• Slik at bølgen diffrakterer!
• Alle typer støv, og suspensjon, og turbiditet
• En lysstråle kan kollapse...
• Fra "Ode til Tyndall" (E. Nickelsparg)

Element "AIR"

Et eple falt på Newton, kineserne beundret dråpene på lotusblomster, og John Tyndall, som sannsynligvis gikk gjennom skogen, la merke til en lyskjegle. Eventyr? Kan være. Men det er til ære for den siste helten at en av de vakreste effektene av vår verden blir kåret - Tyndall-effekten. Hvorfor er det vakkert - døm selv!

Dette er en optisk effekt som oppstår når en lysstråle passerer gjennom et optisk inhomogent medium. Vanligvis observert som en lysende kjegle synlig mot en mørk bakgrunn. Hva er et optisk inhomogent medium? I dette tilfellet støv eller røyk, som dannes av kolloidale partikler som danner aerosoler. Størrelsen på partiklene spiller ingen rolle, for selv nanopartikler i atmosfæren, det være seg partikler av havsalt eller vulkansk støv, kan forårsake et så vakkert skue. Når vi studerer lys, er Tyndall med rette grunnleggeren av fiberoptisk kommunikasjon, som allerede har blitt viktig i hverdagen vår, som i den moderne verden har blitt forbedret til nanonivå.

Element "VANN"

Ta en titt på løsningene vist i figuren. Utad virker de nesten identiske: fargeløse og gjennomsiktige. Imidlertid er det ett "men": laserstrålen passerer uhindret gjennom det høyre glasset, men er sterkt spredt i det venstre, og etterlater et rødt spor. Hva er hemmeligheten?

I det høyre glasset er det vanlig vann, men i det venstre er det en kolloidal løsning av sølv. I motsetning til en vanlig eller, som kjemikere sier, en "ekte" løsning, inneholder en kolloidal løsning ikke molekyler eller ioner av et oppløst stoff, men dets minste partikler. Men selv de minste nanopartikler kan spre lys. Dette er Tyndall-effekten.

Hva bør partikkelstørrelsen være for at løsningen deres skal kalles "kolloidal"? I forskjellige lærebøker er det foreslått at partikler hvis størrelse varierer fra 1 nm til 100 nm, fra 1 nm til 200 nm, fra 1 nm til 1 mikron anses som kolloidale. Imidlertid er klassifiseringen av størrelser, som alle andre, veldig betinget. Tyndall-effekten i flytende medier brukes for eksempel for å vurdere kvaliteten på vin. For å vurdere klarheten til viner vippes et glass vin litt og plasseres mellom lyskilden og øyet, men ikke på linje. Graden av gjennomsiktighet bestemmes ikke av stråler som passerer gjennom vinen, men av deres refleksjon fra suspenderte partikler til og med av nanometerstørrelse! (Tyndall-effekt). For å karakterisere graden av gjennomsiktighet brukes en verbal skala, som inkluderer slike definisjoner som "lett opal", "opaliserende", "matt, med betydelig opalskanse". En rekke optiske metoder for å bestemme størrelse, form og konsentrasjon av kolloidale partikler er basert på Tyndall-effekten.

«Selv om nanokolloide partikler er så små at de ikke kan observeres med et optisk mikroskop, er innholdet i en platina-sølv kolloidal løsning bevist ved å bruke en laserstråle rettet inn i den kolloidale løsningen og observere Tyndall-effekten, dvs. spredning av lys og lys utstråling av lysstrålen," fra kommentaren til Noadada cosmetics (Japan).

Element "EARTH"

Begrepet "opalescens" er også direkte relatert til John Tyndall. OPAL er en edelstein, fra lysspillet som begrepet kommer fra opalescens, som betegner en spesiell type strålingsspredning som kun er karakteristisk for denne krystallen.

Slik beskrev Plinius opalen: «Opalilden ligner ilden fra en karbunkel, bare mykere og mildere, mens den lyser lilla som en ametyst og havets grønne som smaragd; alt smelter sammen til en ufattelig, glitrende prakt. Den ufattelige sjarmen og skjønnheten til steinen ga den fra mange navnet "paideros" - "kjærlighet til en ungdom". Den er nest etter smaragd.»

Opal inneholder sfæriske silikapartikler med en diameter på 150-450 nanometer, som igjen er sammensatt av små kuler med en diameter på 50-100 nanometer, arrangert i konsentriske lag eller tilfeldig. De danner en ganske ordnet pakking (pseudokrystallinsk struktur av opal). Kulene fungerer som et tredimensjonalt diffraksjonsgitter, og forårsaker en karakteristisk spredning av lys - opalescens. Dermed er opal en naturlig fotonisk krystall. Det opale klynge-supergitteret fungerte som en prototype for å lage kunstige fotoniske krystaller. For eksempel, i et av de aller første arbeidene om syntese av fotoniske krystaller, utført ved Physico-Technical Institute (St. Petersburg) og Moscow State University i 1996, ble det laget en teknologi for å produsere optisk perfekte syntetiske opaler basert på mikroskopiske kuler av silisiumdioksid. Teknologien gjorde det mulig å variere parametrene til syntetiske opaler: kulediameter, porøsitet, brytningsindeks.

I opal inneholder gittrene dannet av tettpakkede kuler av silisiumdioksid hulrom, som opptar opptil 25% av det totale volumet av krystallen, som kan fylles med stoffer av en annen type. Endringen i de optiske egenskapene til opaler når de fyller tomrom med vann var allerede kjent for forskere i den antikke verden: en veldig sjelden variant av opal - hydrofan (hydrofan), på gammelrussisk - vann lys, blir gjennomsiktig når den senkes i vann. I moderne utvikling brukes denne egenskapen til en fotonisk krystall til å lage en lysbryter - en optisk transistor.

Element "FIRE"

Tyndall hadde et sjeldent talent som foreleser og en ekstraordinær dyktighet som eksperimentator, og brakte kunnskapens "SPARK" til massene. Tyndall skapte en æra med sine populære forelesninger om fysikk, og kan med rette betraktes som faren til den moderne populære forelesningen. Forelesningene hans ble for første gang ledsaget av strålende og varierte eksperimenter, som nå inngår i fysikkens grunnkurs; alle påfølgende popularisatorer av fysikk fulgte i Tyndalls fotspor. Han skrev: "For å se bildet som en helhet, må skaperen av det fjerne seg fra det, og for å vurdere de generelle vitenskapelige prestasjonene til enhver tid, er det tilrådelig å ta synspunktet til den påfølgende. ” Jeg vil avslutte med et dikt jeg skrev om temaet lys og liv:

• Gå på kanten av en kniv
• Stående på spissen av en nål
• Der makrokraft ikke er viktig
• Sammenlignet med bølgens kraft.
• Hvor tyngdekraften er svak
• Hvis du er lett som en ladning,
• Kun variable felt
• De vil skyte deg opp som et missil.
• Interferenslys
• De brenner med nordlyset.
• Og som vårbekker
• Ladingene er raske og i en hast.
• Kanskje denne verden av underverker
• Ikke synlig for mitt øye,
• Men han er grunnlaget for alle stoffer,
• Det betyr at jeg bor i det!

Tyndall-effekt Tyndall-effekt (Tyndall-spredning) Spredning av lys når en lysstråle passerer gjennom et optisk inhomogent medium. Vanligvis observert som en lysende kjegle (Tyndall-kjegle) synlig mot en mørk bakgrunn. Karakteristisk for... ... Forklarende engelsk-russisk ordbok om nanoteknologi. - M.

Tyndall-effekt- Tindalio reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Faraday Tyndall-effekt; Tyndall effekt vok. Faraday Tyndall Effekt, m; Tyndall Effect, m rus. Tyndall-effekt, m; Faraday Tyndall-fenomen, n pranc. effet Faraday Tyndall, m; effet… … Fizikos terminų žodynas

Tyndall-effekt- se Tyndall-kjeglen... Kjemiske termer

TYNDALL-FENOMEN- TYNDALLE-FENOMEN, fenomen eller effekt, består i det faktum at en lys stråle av lys som passerer gjennom visse transparente legemer og sett i en retning vinkelrett på banen til lysstrålene er synlig i den tilsvarende gjennomsiktige kroppen som et visst paradis. ... Great Medical Encyclopedia

Raman-spredning (Raman-effekten) er uelastisk spredning av optisk stråling på molekyler av et stoff (fast stoff, væske eller gass), ledsaget av en merkbar endring i frekvensen. I motsetning til Rayleigh-spredning, i tilfellet med... ... Wikipedia

Utseendet til en lysende kjegle på en mørkere bakgrunn (Tyndall-kjegle) når lys med bølgelengde K er spredt i et grumset medium med dimensjonene h c » 0,1l. Oppkalt etter engelsk. fysiker J. Tyndall, som oppdaget effekten; karakteristisk for kolloidal ... ... Fysisk leksikon

Lysspredning i grumsete medier med størrelsen på spredningsinhomogeniteter? 0,1 0,2 bølgelengder av lys. Sett fra siden ser en spredende lysstråle ut som en blåaktig kjegle på en mørk bakgrunn (Tyndall-kjegle). Studert av J. Tyndall (1868). På… … Stor encyklopedisk ordbok

Tyndall-spredning, spredning av lys når en lysstråle passerer gjennom et optisk inhomogent medium. Vanligvis observert som en lysende kjegle (Tyndall-kjegle) synlig mot en mørk bakgrunn. Karakteristisk for løsninger av kolloidale systemer (Se... ... Stor sovjetisk leksikon

Spredning av lys i grumsete medier med størrelser av spredningsinhomogeniteter Tyndall-effekt 0,1 0,2 bølgelengder av lys. Sett fra siden ser en spredende lysstråle ut som en blåaktig kjegle på en mørk bakgrunn (Tyndall-kjegle). Studert av J. Tyndall... ... encyklopedisk ordbok

Spredning av lys i grumsete medier med størrelser av spredningsinhomogeniteter 0,1 0,2 bølgelengder av lys. Sett fra siden ser en spredende lysstråle ut som en blåaktig kjegle på en mørk bakgrunn (Tyndall-kjegle). Studert av J. Tyndall (1868). På T. eh... Naturvitenskap. encyklopedisk ordbok

Leksjonens mål:

Pedagogisk:å gjøre studentene kjent med de optiske egenskapene til kolloidale løsninger.

Utviklingsmessig: utvide elevenes forståelse av de optiske egenskapene til kolloidale løsninger. Å utvikle sin kognitive aktivitet og evnen til å fremheve det viktigste i visuell informasjon.

Utdanning: fortsette å dyrke oppmerksomhet, observasjon, estetiske følelser og evnen til å håndtere teknologi.

Visuelle hjelpemidler: datamaskin, lerret, projektor.

Teknologi: forelesning ved bruk av TCO (datateknologi).

Leksjonsstadier: I Organisasjonsdel

Lysspredning i kolloidale løsninger. Tyndall-Faraday-effekt

De optiske egenskapene til kolloide løsninger bestemmes av lysspredning i kolloide løsninger, fargen på kolloide løsninger, absorpsjon av lys av kolloider, refleksjon av lys fra overflaten av partikler, samt ultramikroskopiske, elektronmikroskopiske og røntgenegenskaper. . Svært ofte er kolloidale systemer farget. Fargen varierer avhengig av spredningsgraden, den kjemiske naturen til partiklene og deres form, siden disse faktorene påvirker spredningen og adsorpsjonen av lys. Soler av metaller med høy spredningsgrad er vanligvis røde eller mørkegule i fargen, og soler av metaller med lav spredningsgrad er fiolette eller lyseblå. For eksempel, med høyere spredningsgrad blir gullsolene røde i fargen, og med lav spredningsgrad blir de fiolette og blekblå. Fargen på metallsoler avhenger også av lengden på den absorberte lysbølgen. Spotlysstrålen, tåken, røyken er fargeløs. Den blå fargen på himmelen skyldes spredning av sollys i luftlag.

Hvis partikkelstørrelsen er større enn lysets bølgelengde, blir lys reflektert fra overflaten av partikkelen i henhold til loven om geometrisk optikk. Imidlertid, hvis partiklene er mindre i størrelse enn lysets bølgelengde, oppstår lysspredning blant de observerte optiske fenomenene. Derfor, når lys passerer gjennom kolloidalt spredte og grovt spredte systemer, spres lyset av partikler av den dispergerte fasen. Hvis du retter en lysstråle mot et spredt system, er banen synlig sett fra siden i form av en lysende kjegle. Dette fenomenet ble først studert av Faraday, og deretter av Tyndall mer detaljert. Derfor kalles dette fenomenet Tyndall-Faraday-effekten.

For å observere Tyndall-Faraday-effekten helles det dispergerte systemet (C) i en tetraedrisk glassbeholder (kyvette), en mørk gardin plasseres foran kyvetten og lyses opp med en projeksjonslampe (A) (fig. 8). I dette eksperimentet dannes en lysende kjegle, årsaken til dette er spredning av lys av kolloidale partikler, og som et resultat ser hver partikkel ut til å være et punkt som produserer lys. Prosessen med lysspredning av små partikler kalles opalescens. I ekte vandige løsninger, i en blanding av rene væsker, spres lyset i ubetydelige mengder og derfor observeres ikke Tyndall-Faraday-effekten. Det kan bare sees i en spesiell enhet. Noen ganger er det eksternt umulig å skille en sann løsning fra en kolloidal, og for å bestemme om en gitt løsning er en kolloid eller en sann løsning, brukes Tyndall-Faraday-effekten. Intensiteten til Tyndall-Faraday-effekten øker med økende grad av soldispersjon, og når en viss grad av spredning er nådd, når den et maksimum og avtar deretter. I grovt spredte systemer (på grunn av at partikkelstørrelsene er større enn lysets bølgelengde), reflekteres lys fra overflaten av partikkelen i en viss vinkel og som et resultat observeres lysrefleksjon.

I grovt spredte systemer reflekteres lysbølger av ulik lengde likt. Hvis hvitt lys faller på systemet, vil det reflekterte lyset også være hvitt.

Prosessen med å spre lysbølger av kolloidale partikler avhenger av bølgelengden til lyset. I følge Rayleighs lov er intensiteten av lysspredning i et kolloidalt system på grunn av diffraksjon proporsjonal med antall partikler, kvadratet av partikkelvolumet og omvendt proporsjonal med fjerde potens av bølgelengden til det innfallende lyset.

Her J0? spredt lysintensitet, J? intensiteten av innfallende lys, v- numerisk konsentrasjon, V? partikkelvolum, n1- brytningsindeks for den dispergerte fasen, n2? brytningsindeksen til dispersjonsmediet, k- en konstant avhengig av intensiteten til det innfallende lyset og av forskjellen i brytningsindeksene til den dispergerte fasen og dispersjonsmediet, l- lysbølgelengde, nm.

Betydning n1 i denne ligningen avhenger av stoffets natur. Hvis n1 Og n2 er like med hverandre, så observeres ikke Tyndall-Faraday-effekten i slike systemer. Jo større forskjellen er mellom brytningsindeksene til den dispergerte fasen og dispersjonsmediet, desto tydeligere observeres Tyndall-Faraday-effekten.

Rayleighs ligning gjelder bare for kolloidale løsninger der partikkelstørrelsen ikke er mer enn 0,1 bølgelengde av lys. Fra ligningen er det klart at intensiteten av lysspredning er omvendt proporsjonal med fjerde potens av bølgelengden og derfor dannes kortere bølger under spredningsprosessen. Derfor, når en kolloid løsning belyses fra siden med polykromatisk (hvitt) lys, har de kolloidale løsningene en blåaktig farge.

Når det gjelder optiske egenskaper, skiller kolloidale løsninger seg betydelig fra ekte løsninger av lavmolekylære stoffer, så vel som fra grovt dispergerte systemer. De mest karakteristiske optiske egenskapene til kolloidale disperse systemer er opalescens, Faraday-Tyndall-effekten og farge. Alle disse fenomenene er forårsaket av spredning og absorpsjon av lys av kolloidale partikler.

Avhengig av bølgelengden til synlig lys og de relative størrelsene på partikler i den dispergerte fasen, får lysspredning en annen karakter. Hvis partikkelstørrelsen overstiger lysets bølgelengde, reflekteres lyset fra dem i henhold til lovene til geometrisk optikk. I dette tilfellet kan en del av lysstrålingen trenge inn i partiklene, oppleve brytning, indre refleksjon og absorpsjon.

Hvis partikkelstørrelsen er mindre enn halvbølgelengden til det innfallende lyset, observeres diffraksjonsspredning av lys; lyset ser ut til å omgå (bøye seg rundt) partiklene man møter underveis. I dette tilfellet oppstår delvis spredning i form av bølger som divergerer i alle retninger. Som et resultat av lysspredning er hver partikkel en kilde til nye, mindre intense bølger, det vil si at det er som om det oppstår selv-luminescens av hver partikkel. Fenomenet lysspredning av bittesmå partikler kalles opalescens. Det er først og fremst karakteristisk for soler (flytende og faste) og observeres bare i reflektert lys, dvs. fra siden eller mot en mørk bakgrunn. Dette fenomenet kommer til uttrykk i utseendet til en viss turbiditet i solen og i en endring ("overflow") av fargen sammenlignet med fargen i gjennomlyst lys. Farge i reflektert lys forskyves som regel mot en høyere frekvens av den synlige delen av spekteret. Dermed blir hvite soler (sol av sølvklorid, kolofonium, etc.) opaliserende med en blåaktig farge.

Faraday-Tyndall-effekt. Diffraksjonsspredning av lys ble først lagt merke til av M. V. Lomonosov. Senere, i 1857, ble dette fenomenet observert av Faraday i gullsoler. Fenomenet diffraksjon (opalescens) for flytende og gassformige medier ble studert mest detaljert av Tyndall (1868).

Hvis du tar det ene glasset med en løsning av natriumklorid og det andre med eggehvitehydrosol, er det vanskelig å avgjøre hva som er den kolloidale løsningen og hvilken som er den sanne, siden begge væskene virker fargeløse og gjennomsiktige (fig. 6.5). Imidlertid kan disse løsningene lett skilles ved å utføre følgende eksperiment. Vi vil sette et lystett etui med et hull på lyskilden (bordlampe), foran som vi plasserer en linse for å få en smalere og klarere lysstråle. Plasserer vi begge glassene i lysstrålens bane, vil vi i glasset med sol se en lysbane (kjegle), mens i glasset med natriumklorid er strålen nesten usynlig. Etter forskerne som først observerte dette fenomenet, ble den lysende kjeglen i væsken kalt Faraday-Tyndall-kjeglen (eller effekten). Denne effekten er karakteristisk for alle kolloidale løsninger.

Utseendet til Faraday-Tyndall-kjeglen forklares av fenomenet lysspredning av kolloidale partikler med en størrelse på 0,1-0,001 mikron.

Bølgelengden til den synlige delen av spekteret er 0,76-0,38 mikron, så hver kolloidal partikkel sprer lyset som faller inn på den. Det er synlig i Faraday-Tyndall-kjeglen når siktlinjen er rettet i en vinkel mot strålen som går gjennom solen. Faraday-Tyndall-effekten er et fenomen som er identisk med opalescens, og skiller seg fra sistnevnte bare i typen kolloidal tilstand, dvs. systemets mikroheterogenitet.

Teorien om lysspredning av kolloidale spredningssystemer ble utviklet av Rayleigh i 1871. Den fastslår avhengigheten av intensiteten (mengden av energi) av spredt lys (I) under opalescens og i Faraday-Tyndall-kjeglen på ytre og indre faktorer. Matematisk uttrykkes denne avhengigheten i form av en formel kalt Rayleigh-formelen:

6.1

hvor I er intensiteten av spredt lys i retningen vinkelrett på strålen av innfallende lys; K er en konstant avhengig av brytningsindeksene til dispersjonsmediet og den dispergerte fasen; n er antall partikler per volumenhet sol; λ er bølgelengden til det innfallende lyset; V er volumet til hver partikkel.

Fra formel (6.1) følger det at lysspredning (I) er proporsjonal med partikkelkonsentrasjonen, kvadratet av partikkelvolumet (eller for sfæriske partikler - sjette potens av deres radius) og omvendt proporsjonal med fjerde potens av bølgelengden til det innfallende lyset. Dermed skjer spredningen av korte bølger relativt mer intenst. Derfor virker fargeløse soler rødlige i gjennomlyst lys, og blå i diffust lys.

Farging av kolloidale løsninger. Som et resultat av selektiv absorpsjon av lys (absorpsjon) i kombinasjon med diffraksjon, dannes en eller annen farge på den kolloidale løsningen. Erfaring viser at de fleste kolloidale (spesielt metalliske) løsninger er sterkt farget i en lang rekke farger, alt fra hvitt til helt svart, med alle nyanser av fargespekteret. Således er As 2 S 3 soler knallgule, Sb 2 S 3 - oransje, Fe(OH) 3 - rødbrune, gull - knallrøde, etc.

Den samme solen har en annen farge avhengig av om den ses i gjennomlyst eller reflektert lys. Soler av samme stoff, avhengig av fremstillingsmetoden, kan få forskjellige farger - fenomenet polykrom (flerfarget). Fargen på solene i dette tilfellet avhenger av graden av partikkelspredning. Således er grovt spredte gullsoler blå i fargen, de med større spredningsgrad er fiolette, og sterkt spredte er knallrøde. Det er interessant å merke seg at fargen på et metall i sin ikke-spredte tilstand ikke har noe til felles med fargen i kolloidal tilstand.

Det skal bemerkes at fargeintensiteten til soler er titalls (eller til og med hundrevis) ganger større enn for molekylære løsninger. Dermed er den gule fargen til As 2 S 3-solen i et lag 1 cm tykt tydelig synlig ved en massekonsentrasjon på 10 -3 g/l, og den røde fargen på gullsolen er merkbar selv ved en konsentrasjon på 10 - 5 g/l.

Den vakre og lyse fargen på mange edel- og halvedelstener (rubiner, smaragder, topaser, safirer) skyldes innholdet i dem av ubetydelige (ikke påviselig selv på de beste analytiske balansene) mengder urenheter av tungmetaller og deres oksider. , som er i kolloidal tilstand. For å kunstig oppnå lyst rubinglass, brukt til bil-, sykkel- og andre lamper, er det nok å legge til bare 0,1 kg kolloidalt gull per 1000 kg glassmasse.