Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 2 2016

Журнал Химиков-Энтузиастов
Помощь журналуПомощь журналу Химия и Химики




Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water)
Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)


В.Н. Витер


Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Луч света практически невидим в оптически однородной среде (если смотреть со стороны). Например, в лишенном аэрозолей воздухе. Но если в воздухе присутствуют мелкие взвешенные частицы, происходит рассеяние света, и луч становится видимым. Например, солнечные лучи видны в воздухе, в котором присутствует туман, дым или пыль. Крошечные частицы рассеивают свет в стороны и направляют его в глаз наблюдателя. Так же виден луч прожектора или фонарика.


Солнечные лучи. Rays of the Sun
Солнечные лучи на возухе / Rays of the Sun

Солнечные лучи. Rays of the Sun in the fog
Солнечные лучи в тумане / Rays of the Sun in the fog

Луч прожектора. Spotlight
Луч прожектора / Spotlight



Аналогично луч света практически незаметен в воде, лишенной взвешенных частиц. Но природная вода всегда содержит взвешенные частицы, поэтому лучи света видимы в морской или речной воде.


Солнечные лучи под водой. Rays of the Sun under water
Солнечные лучи под водой / Rays of the Sun under water



Рассеяние света такими системами обусловлено тем, что дисперсионная среда (вода, воздух и т.д.) и взвешенные в ней частицы (пылинки, капельки тумана, мицеллы в коллоидном растворе и т.д.) имеют разные показатели преломления. Рассеяние света происходит во всех направлениях, причем распределение рассеянного света по разным направлениям зависит от соотношения размера взвешенных частиц и длины волны падающего света, а также от разницы показателей преломления дисперсных частиц и окружающей их среды (дисперсионная среда). Рассеяние света в жидкий средах получило название опалесценция (от минерала опал). Опал представляет собой аморфный гидратированный диоксид кремния. Благодаря дисперсным частицам жидкость выглядит мутной и в ней видим путь лучей света.


Опал. Opal
Опал. Opal



Наиболее интенсивное рассеяние (опалесценция) наблюдается тогда, когда размеры частиц не превышают 0.1 доли от длины волны падающего света. Такому критерию удовлетворяют коллоидные растворы. Когда говорят про опалесценцию, часто имеют в виду именно опалесценцию коллоидных растворов - очень мелких взвесей твердых частиц в жидкости. Другое название коллоидных растворов - золи.

С помощью опалесценции можно отличить коллоидный раствор от истинного раствора, в котором растворенное вещество распределено по жидкости в виде отдельных молекул или ионов. Коллоидные растворы совсем не обязательно окрашены. Мутность (опалесценцию) коллоидных растворов можно не заметить при рассеянном равномерном освещении. Но если коллоидный раствор сбоку осветить ярким пучком света, в жидкости станет заметен светящийся конус. Чистая вода или истинные растворы такого конуса не дают - если в них нет примеси дисперсных частиц.

Эффект Тиндаля используют не только для обнаружения присутствия коллоидных частиц, но и для более серьезных исследований, в частности, с его помощью можно определить размеры, форму и концентрацию коллоидов. Мы ограничимся лишь наиболее простой задачей: продемонстрируем, что при прохождении пучка света через коллоидный раствор наблюдается конус Тиндаля - даже тогда, когда коллоидный раствор внешне неотличим от чистой воды.


Джон Тиндаль. John Tyndall
Джон Тиндаль. John Tyndall



Для демонстрации взял прямоугольный аквариум. Налил в него водопроводную воду. Лучше использовать дистиллированную, но ее не было, поэтому взял воду из-под крана. В качестве источника света служил фонарик с белым светодиодом. Чтобы луч был узким, надел на фонарик алюминиевую фольгу с небольшим отверстием. Закрепил фонарик сбоку аквариума. Когда вода немного отстоялась, и пузырьки воздуха поднялись, луч фонарика стал почти невиден в воде.

Разумеется, некоторое количество взвешенных частиц все-таки было, плюс в аквариум попали волокна кошачьей шерсти. Они делали луч слегка видимым.

Возник вопрос, какой золь (коллоидный раствор) использовать? Например, можно было приготовить золь кремниевой кислоты - из соляной кислоты и жидкого стекла (силикаты натрия и калия). Другие варианты - золь гидроксида железа (III), золи галогенидов серебра, золь золота, золь серы и т.д. Опыты с кремниевой кислотой и жидким стеклом имеют тот недостаток, что после них бывает трудно отмыть стеклянную посуду. Чтобы приготовить коллоидную серу, нужен тиосульфат натрия (реакция с соляной кислотой) - реактив банальный, но его под рукой не оказалось. Другой вариант - приготовить раствор серы в абсолютном спирте, а затем вылить его в воду - мне тоже не понравился, т.к. пришлось бы абсолютизировать спирт.

Остановился на варианте с канифолью: сначала нужно приготовить раствор канифоли в спирте, затем добавить его в воду. Канифоль растворима в спирте, но почти нерастворима в воде, поэтому, если добавить спиртовый раствор канифоли к воде, канифоль выделяется в твердую фазу в виде мелких частичек. Образуется коллоидный раствор канифоли: вода стает бело-мутной. (Часть канифоли может выделиться в виде крупных частиц (хлопьев), это мешает, но не критично.)

Коллоидный раствор канифоли я и выбрал для демонстрации конуса Тиндаля. Канифоль получают из живицы - смолы хвойных деревьев. По-сути, канифоль - хвойная смола, из которой отогнали скипидар. Канифоль состоит из дитерпеновых кислот (смоляные кислоты), основной среди которых является абиетиновая кислота C19H29COOH.


Абиетиновая кислота. Abietic acid
Абиетиновая кислота. Abietic acid



Для получения коллоидного раствора вместо канифоли вполне подойдет и сосновая живица.


Живица (хвойная смола). Galipot (pine resin)
Живица (хвойная смола). Galipot (pine resin)

Живица (хвойная смола). Galipot (pine resin)




В лесу собрал немного засохшей сосновой живицы и залил ее спиртом (95%). Под слоем спирта живица сначала размякла, потом растворилась (остались только частички коры, которые пристали к живице). Образовался желтый подвижный раствор.


Живица (сосновая смола). Galipot (pine resin)
Живица (сосновая смола). Galipot (pine resin)

Раствор живицы в спирте. Solution of pine resin in ethanol
Раствор живицы в спирте. Solution of pine resin in ethanol



Налил воду в кристаллизатор и добавил в нее несколько миллилитров раствора. Жидкость сразу стала бело-мутной. Белое пятно разошлось по поверхности. Раствор канифоли сначала опустился вниз, потом поднялся, образуя белое облако на поверхности. После перемешивания вся вода в кристаллизаторе стала бело-мутной. Такой коллоидный раствор подходит для демонстрации конуса Тиндаля в заранее подготовленном аквариуме с фонариком (см. выше).

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора
Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol)
Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора

Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water. Preparation of Colloid (Sol). Раствор канифоли (сосновой живицы) добавили в воду. Получение коллоидного раствора




Включил фонарик. Его луч в воде был слегка видим. Добавил в воду несколько миллилитров раствора канифоли, жидкость стала бело-мутной. Перемешал содержимое. В аквариуме появился яркий световой конус - это и есть конус Тиндаля. Лучше всего наблюдать конус Тиндаля в темноте, но можно и при внешнем электрическом освещении. Если фонарик выключить, коллоидный раствор канифоли становится похожим на чистую воду.

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)
Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water)
Конус Тиндаля: в воду добавили раствор канифоли

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)



Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)
Новый опыт

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)

Tyndall Effect (Solution of Rosin in Ethanol was Added to Water). Конус Тиндаля (раствор канифоли в этаноле добавили в воду)



<Оптика. Оптические явления. Optics. Optical Phenomena> <Опыты с растениями. Природные вещества. Experiments with Plants. Natural Products>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом] [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном 2] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Гели и гелеобразование / Золи, Коллоиды (Обсудить на форуме)> <Цветочки и химия... (опыты с растениями) (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]