Конус Тиндаля и лазерный луч. Tyndall effect and laser ray

Дело в том, что воздух не является однородной средой - обычно в нем присутствуют дисперсные частицы (твердые и жидкие). Частички пыли в комнате, туман на улице, дым и т.д. Дисперсные частицы (пылинки, капельки, частички дыма...) рассеивают свет в разные стороны - в результате луч становится видимым и тогда, когда он не направлен на самого наблюдателя.

Аналогично ведут себя дисперсные частицы и в жидкости (суспензия, эмульсия, коллоидный раствор, мелкие пузырьки газа) или в прозрачном твердом теле (опал, например). Более того, именно так твердые частицы можно обнаружить - по их способности рассеивать свет. Если наличие твердых частиц в суспензии можно обнаружить по тому факту, что жидкость мутная, то с коллоидными растворами немного сложнее - часто они выглядят, как истинные растворы: визуально никакой мути не заметно.

Чтобы обнаружить наличие коллоидных частиц в жидкости, используют конус (эффект) Тиндаля. Емкость с раствором (лучше - прямоугольный сосуд - кювету, аквариум, но это не принципиально) освещают узким лучом света. Если мы имеем дело с чистой жидкостью или с истинным раствором - луч света сбоку невидим. Зато, если в жидкости есть дисперсные частицы, боковой наблюдатель увидит конус света, похожий на солнечные лучи в лесу. Дисперсные частицы рассеивают свет и путь луча в среде становится видим.

Раньше для таких опытов использовали фонарик с самодельной диафрагмой (перегородка из непрозрачного материала, например, из алюминиевой фольги с дырочкой). Для этой цели можно было пристроить "модифицированную" настольную лампу и другие источники света.

Сейчас в нашем обиходе появилась такая "философская категория" как лазер: лазерная указка, различные лазерные указатели, лазерные прицелы и т.п. Во времена моего детства лазеры были известны давно, только были они практически недоступными: тогда можно было прожить длинную и плодотворную жизнь, но ни разу не увидеть лазер. Как правило, увидеть лазеры можно было только в кино или на картинках. Лазерные установки были громоздкими, дорогими и использовались преимущественно в сложных приборах и дорогом оборудовании. Не было не только бытовых лазерных указок, но и CD/DVD-дисководов, из которых можно извлечь лазерный светодиод.

Теперь такого добра навалом и грех его не использовать. У нас в лаборатории были две лазерные указки: зеленая и синяя. Их назначение - обнаружение опалесценции растворов: т.е. с помощью луча лазера можно легко и быстро определить, присутствуют ли в растворе дисперсные частицы (коллоидного или грубодисперсного размера). Наливаем раствор в стакан и подсвечиваем его сбоку указкой. Если луч в растворе виден, значит, в жидкости присутствуют дисперсные частицы (твердые, жидкие или мелкие пузырьки газа). Такой эффект получил название "конус Тиндаля" (в честь описавшего его английского физика Джона Тиндаля). В отличие от обычных лучей света, лазерный луч практически не расходится, поэтому вместо конуса мы видим прямой луч, но сути это не меняет.

Так совпало, что тогда я занимался переэтерификацией растительных масел. Растительные масла - сложные эфиры многоатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. Добавлял я к ним другой спирт - ПЭГ-400 (полиэтиленгликоль со средней молекулярной массой 400), катализатор и при перемешивании нагревал. При этом ПЭГ замещал глицерин, образуя сложный эфир с жирными кислотами. Как узнать, происходит ли реакция? Брал немного реакционной смеси и капал в воду. Смесь ПЭГ-400 и растительных масел сама по себе расслаивается. Если добавить непрореагировавшую смесь в воду, масло всплывет, а ПЭГ растворится в воде. Сначала так и было, но потом смесь стала растворяться в воде, давая муть (опалесценцию) - значит, реакция происходит. Наличие дисперсной фазы было видно и без лазерной указки, но решил воспользоваться указкой, чтобы сделать немного фотографий эффекта Тиндаля.

Зеленый лазер давал более яркую картинку, синий - более тусклую. Если раствор был не слегка мутным, а сильно мутным - луч через него не проходил: возникало сплошное свечение.