BL_CH3061_0904_Quang_hoc_he_keo_final PDF

1 NỘI DUNG BÀI HỌC 1. Sự tán xạ ánh sáng của hạt keo 2. Sự hấp thụ ánh sáng của hạt keo 3. Tính bất đẳng hướng quang học của hạt keo 2 MỤC TIÊU Sau bài học này, người học có thể: 1. Trình bày được các đặc điểm tính chất quang học của hệ keo bao g...

1 NỘI DUNG BÀI HỌC 1. Sự tán xạ ánh sáng của hạt keo 2. Sự hấp thụ ánh sáng của hạt keo 3. Tính bất đẳng hướng quang học của hạt keo 2 MỤC TIÊU Sau bài học này, người học có thể: 1. Trình bày được các đặc điểm tính chất quang học của hệ keo bao gồm: tán xạ ánh sáng, hấp thụ ánh sáng, tính bất đẳng hướng quang học. 2. Phân tích được ứng dụng của tính chất quang học trong đo kích thước hạt, xác định nồng độ… 3 MỞ ĐẦU Chiếu tia sáng có bước sóng trong vùng nhìn thấy tới hệ ẳng phân tán, có thể xảy ra các hiện tượng quang học: n th uyề xạ Ø Tia sáng tới phản xạ khi gặp hạt phân tán Tr n Tá (trường hợp hạt phân tán có kích thước lớn) Ø Tia sáng tới truyền thẳng và không ạ tương tác với hạt phân tán (trường hợp Ph Tán x ản hạt phân tán có kích thước rất nhỏ) xạ Ø Tia sáng tới bị tán xạ (đổi hướng) khi gặp hạt phân tán (trường hợp hạt phân tán có kích thước xấp xỉ bước Hấp thụ sóng ánh sáng tới) y ) t hấ nm Ø Tia sáng tới bị hấp thụ (mất hìn 760 n – năng lượng) khi gặp hạt phân áng 80 h s g3 tán (trường hợp hạt phân tán Án són Hệ phân tán có thể hấp thụ năng lượng phù ư ớc (b hợp từ ánh sáng tới) 4 NỘI DUNG 1. Sự tán xạ ánh sáng của hạt keo 2. Sự hấp thụ ánh sáng của hạt keo 3. Tính bất đẳng hướng quang học của hạt keo 5 1. SỰ TÁN XẠ ÁNH SÁNG CỦA HẠT KEO v Hiệu ứng Tyndall Chiếu một chùm sáng qua hệ lỏng (hoặc khí): - Dung dịch thực (đồng thể): tia sáng truyền thẳng - Hệ keo (dị thể): tia sáng khuếch tán thành chùm tia hình nón (nón Tyndall) (a) (b) (b) (a) Hình 1b. Chiếu chùm sáng qua Hình 1c. Tia sáng tán xạ khi gặp 1 hạt Hình 1a. Chiếu chùm sáng qua (a) hệ keo hệ keo khí (bụi). keo (kích thước xấp xỉ bằng bước sóng lỏng Fe(OH)3; (b) dung dịch FeCl3. Nguồn: https://www.peakpx.com/315/sand- ánh sáng) pathway-between-forest-hitting-sunlight 6 1. SỰ TÁN XẠ ÁNH SÁNG CỦA HẠT KEO v Cường độ ánh sáng tán xạ - phương trình Rayleigh 2 I: cường độ tia tán xạ ⎛ n − n ⎞ CV 3 1 2 2 2 n1, n chiết suất của pha phân tán, môi trường phân tán I = 24π ⎜ 2 2⎟ 4 Io (1) V: thể tích của 1 hạt keo, ⎝ n + 2n ⎠ λ 1 C: nồng độ hạt keo l: bước sóng ánh sáng tới Io: cường độ tia tới. Cường độ ánh sáng tán xạ phụ thuộc vào: - Chênh lệch chiết suất giữa pha phân tán và môi trường phân tán - Thể tích hạt keo - Nồng độ hạt keo - Bước sóng ánh sáng tới v Giới hạn áp dụng: v Áp dụng sự tán xạ ánh sáng: - Hạt keo hình cầu -Nhận biết hệ keo - Không dẫn điện - Máy đo kích thước hạt - Kích thước nhỏ - Dung dịch loãng 7 NỘI DUNG 1. Sự tán xạ ánh sáng của hạt keo 2. Sự hấp thụ ánh sáng của hạt keo 3. Tính bất đẳng hướng quang học của hạt keo 8 2. SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG CỦA HẠT KEO v Nguyên nhân màu sắc của hệ keo: - Sự tán xạ ánh sáng: gây màu trắng đục - Sự hấp thụ chọn lọc ánh sáng: gây màu sắc thực của hệ keo. Ví dụ: Keo AgCl, BaSO4 có màu trắng đục ⇒ hạt keo chỉ tán xạ mà không hấp thụ ánh sáng nhìn thấy Keo Fe(OH)3 có màu nâu đỏ ⇒ hạt keo hấp thụ ánh sáng xanh trong vùng nhìn thấy v Đặc điểm: hệ gồm các hạt keo kim loại hoặc oxide kim loại hấp thụ ánh sáng mạnh hơn tán xạ ánh sáng. v Định luật Lambert – Beer: 𝑰𝒐 𝐼 = 𝐼! 𝑒 "#$% ⇒ 𝒍𝒏 = 𝑨 = 𝑲𝑪𝒅 (2) C 𝑰 A: mật độ quang K: hệ số hấp thụ C: nồng độ hạt keo d: chiều dày hệ keo Io: cường độ ánh sáng tới Hình 2a. Sự hấp thụ ánh sáng của hệ keo I: cường độ ánh sáng ló 9 2. SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG CỦA HẠT KEO v Áp dụng: Xác định nồng độ hạt thông qua mật độ quang. Khi nồng độ hạt tăng thì độ hấp thụ tăng v Lưu ý: kích thước càng nhỏ thì cực đại của hấp thụ càng dịch về bước sóng ngắn C3 Mật độ quang Mật độ quang C2 r2 r1 C1 Bước sóng ánh sáng Bước sóng ánh sáng Hình 2b. Sự phụ thuộc mật độ quang vào Hình 2c. Sự phụ thuộc cực đại hấp phụ vào nồng độ hạt keo; C1 < C2 < C3. kích thước hạt keo r1 < r2. 10 NỘI DUNG 1. Sự tán xạ ánh sáng của hạt keo 2. Sự hấp thụ ánh sáng của hạt keo 3. Tính bất đẳng hướng quang học của hạt keo 11 3. TÍNH BẤT ĐẲNG HƯỚNG QUANG HỌC CỦA HỆ KEO v Nguyên nhân: Hạt keo có hình dạng bất đối xứng Hạt keo dạng hình phiến hoặc hình sợi thể hiện tính bất đẳng hướng mạnh Hướng của tia tới Tán xạ Rayleigh Tán xạ Mie Hình 3. Tán xạ Rayleigh và tán xạ Mie. Sự tán xạ ánh sáng lớn nhất khi vectơ điện trùng hướng với hướng trục của hạt hình sợi hay hướng mặt phẳng của hạt hình phiến. ⇒ đo hướng vectơ điện của sóng ánh sáng có thể giúp phân biệt được các hạt hình sợi, hình phiến hay hình cầu. 12 TỔNG KẾT BÀI HỌC 1. Hạt keo hình cầu, không dẫn điện thường có khả năng tán xạ ánh sáng nhìn thấy do kích thước xấp xỉ bằng bước sóng ánh sáng. Kích thước hạt keo càng lớn thì tán xạ càng mạnh. 2. Keo của oxide, kim loại… thường có khả năng hấp thụ ánh sáng. Kích thước hạt càng nhỏ thì cực đại hấp thụ càng dịch chuyển về phía bước sóng ngắn. 3. Hạt keo có hình dạng bất đối xứng có đặc điểm bất đẳng hướng quang học. 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Vân Anh, Nguyễn Thu Hà, Cao Hồng Hà (2021) Hấp phụ - Hoá keo, NXB Bách khoa Hà Nội. B. Jirgensons, M.E. Straumanis (1962) A Short Textbook of Colloid Chemistry, Pergamon press, Oxford. Douglas Hugh Everett (1988) Basic Principles of Colloid Science, Royal Society of Chemistry, Burlington House, London. 14 Bài học tiếp theo: TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA HỆ KEO LỎNG 15  Bài học tiếp theo: TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA HỆ KEO LỎNG Tài liệu tham khảo: Nguyễn Vân Anh, Nguyễn Thu Hà, Cao Hồng Hà (2021) Hấp phụ - Hoá keo, NXB Bách khoa Hà Nội. B. Jirgensons, M.E. Straumanis (1962) A Short Textbook of Colloid Chemistry, Pergamon press, Oxford. Douglas Hugh Everett (1988) Basic Principles of Colloid Science, Royal Society of Chemistry, Burlington House, London. Tư liệu: Tập bài giảng: Hệ phân tán keo và hệ phân tán thô 16