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PROPIEDADES PTICAS DE LOS SISTEMAS COLOIDALES

Escuela Acadmico Profesional de QUMICACurso: FSICA IVAlumna: Shirley Kateryn Arana VillanzonaINTRODUCCINLa propiedad ptica ms caractersticas de los sistemas coloidales es la dispersin de la luz, la cual podemos observar en la naturaleza cuando contemplamos un arco iris o la niebla dispersa (Efecto Tyndall). Para los sistemas dispersos formados por partculas suspendidas en una fase lquida o gaseosa, se observan preferentemente los fenmenos de dispersin y absorcin de la luz. Siendo que la dispersin o difraccin de la luz se observa cuando la longitud de onda de esta es mayor que el tamao de las partculas coloidales, caso contrario, observamos el fenmeno de reflexin de la luz.

Fig. 1. Propiedades pticas de sistemas dispersos: I0, Id, It Intensidad de la luz incidente, dispersada y transmitida, respectivamente.DISPERSIN

La teora sobre la dispersin (llamada tambin difraccin) de la luz, fue desarrollada por el cientfico ingls Rayleigh para el caso de partculas esfricas que no absorban la luz y que tampoco conduzcan la electricidad. Como la luz es una onda electromagntica, al pasar a travs de un medio puede producir la polarizacin de las molculas y partculas. Estos dipolos con momentos magnticos variables e instantneos son una nueva fuente de radiacin de la luz dispersada. El momento magntico del dipolo inducido depende de la longitud de onda de la luz incidente.

Rayleigh para la intensidad de la luz no polarizada y dispersada en todas las direcciones, obtuvo la siguiente ecuacin:

Deducciones de la Ec. RayleighABSORCINFig. 2. Fenmeno de absorcin de la luz.

Absorcin de la luz y color en los sistemas coloidalesLa ecuacin de Rayleigh se aplica para el caso de sistemas coloidales con partculas que no conducen la corriente elctrica; para el caso contrario, la dependencia de la intensidad de la luz dispersada con respecto a los parmetros que describen el proceso es muy compleja.

En este caso el campo electromagntico variable de las ondas de luz producen corriente elctrica en las partculas y parte de la energa luminosa se transforma en calor, este proceso conduce a una fuerte absorcin de la luz.

Para sistemas coloidales con partculas metlicas u xidos de metales, es caracterstico el fenmeno de la absorcin selectiva de la luz en funcin del tamao de las partculas. P.ej.: para el sistema coloidal que posee partculas coloidales muy pequeas de oro (r = 20 nm), absorbe preferencialmente el color azul-verde y emite el color rojo intenso, as, al aumentar el tamao hasta 50 nm, el sistema coloidal adquiere un color azul en la direccin de la luz incidente (direccin frontal) y en la parte lateral se observa color pardo-lila, en el caso de que las partculas sean menores a 10 nm, el sistema coloidal adquiere el color amarillo intenso que es parecido al color de las soluciones de AuCl3 debido al ion Au3+.

El fenmeno de absorcin y dispersin selectiva de la luz, explica el color de algunos minerales y piedras preciosas que contienen incrustaciones de partculas coloidales metlicas u xidos de metales.

Cloruro de sodio (NaCl: Na+ + e- --> Na)

Cuarzo de diversos colores (SiO2)

Rub (Al2O3 + Cr/Au)

Zafiro (Al2O3 + Ti)

Fig. 3. Paso de la luz a travs de un sistema coloidal con partculas metlicas.

En algunos sistemas coloidales formados por partculas metlicas, se puede observar el fenmeno de la absorcin total de la luz al aumentar el grado de dispersin de las partculas coloidales (o al disminuir el tamao de las partculas coloidales), lo cual se muestra en la figura (3). Estas partculas coloidales son capaces tambin de absorber las ondas emitidas por los radares, por esta razn se utilizan en el recubrimiento de los aviones de espionaje.

Efecto TyndallCuando las partculas son de tamao molecular, la dispersin producida es muy pequea. No as para partculas coloidales, las cuales presentan un efecto de dispersin fcilmente medible. A este efecto se le llamaefecto Tyndall. El efecto Tyndall constituye un modo de discriminar fcilmente entre una solucin verdadera y una dispersin coloidal: la dispersin coloidal permite observar la trayectoria de la luz a su paso debido a la dispersin, mientras que la trayectoria de un rayo de luz que atraviesa una solucin verdadera ser prcticamente invisible.

Efecto Tyndall (video)

Determinacin del tamao de las partculas coloidales en base a los fenmenos pticosNefelometra. Se basa en la determinacin de la intensidad de luz dispersada por el sistema coloidal, es altamente sensible y no solamente permite determinar la concentracin y el tamao de las partculas sino tambin la forma y las interacciones entre ellas.

Turbidimetra. Se basa en la medicin de la intensidad de la luz que pasa a travs de un sistema disperso, la intensidad de la luz que pasa a travs del sistema disperso se debilita debido al fenmeno de difraccin de la luz.

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