Der Tyndall-Effekt in der Chemie (2024)

Tabla de Contenidos

Der Tyndall-Effekt oder das Tyndall-Phänomen besteht aus der Lichtstreuung, die durch ein Medium verursacht wird, in dem sich kleine Partikel in Suspension befinden, wie beispielsweise bei Milch, Kolloiden oder einem Raum mit Rauch oder in dem die Luft aufgestiegen ist Staub . Dieser Effekt macht Lichtstrahlen sichtbar, die andernfalls unentdeckt passieren würden.

Ein typisches Beispiel für den Tyndall-Effekt tritt auf, wenn wir in einem dunklen Raum ein Fenster öffnen und den Lichtstrahl sehen können, der den Raum durchquert, bis er den Boden erreicht. Auch wenn wir nachts mitten im Nebel die Scheinwerfer eines Autos einschalten oder wenn wir in einem trüben Wald die Sonnenstrahlen durch die Äste der Bäume sehen.

Dieses Phänomen ist nach John Tyndall benannt, einem britischen Physiker und Professor für Naturphilosophie am Royal Institute of London, der es im 19. Jahrhundert ausgiebig untersuchte. Dieses Phänomen wird auch als Rayleigh-Debye-Streuung bezeichnet.

Der Tyndall-Effekt ist eines von mehreren Phänomenen der Lichtstreuung , die es uns ermöglichen, viele der Beobachtungen zu erklären, die wir jeden Tag im Zusammenhang mit der Art und Weise machen, wie Licht mit verschiedenen Arten von Partikeln interagiert.

Eigenschaften des Tyndall-Effekts

Es ist eine Art elastischer Streuung, was bedeutet, dass es keine Änderungen der Wellenlänge gibt und daher die Energie des einfallenden Photons erhalten bleibt.
Sie wird durch relativ große Partikel verursacht, deren Größe mit der Wellenlänge des sichtbaren Lichts vergleichbar oder größer ist.
Sie hängt sowohl von der Größe der Partikel als auch vom Molekulargewicht der Substanzen ab, aus denen jedes Partikel besteht.
Sie hängt von der Polarisation des einfallenden Lichts ab.
Es kommt in Kolloiden und Suspensionen vor, aber nicht in echten Lösungen.

Der Tyndall-Effekt versus Rayleigh-Streuung versus MIE-Streuung

Der Tyndall-Effekt und die Rayleigh-Streuung sind eng miteinander verbunden. Beides sind Lichtstreuphänomene, die durch Partikel verursacht werden, die in einem Medium wie einem Gas oder einer Flüssigkeit vorhanden sind. Außerdem erfährt das gestreute Licht in beiden Fällen keine Wellenlängenänderung, d. h. die Energie der Photonen bleibt erhalten, es handelt sich also um elastische Streuung.

Schließlich wird sowohl beim Tyndall-Effekt als auch bei der Rayleigh-Streuung beobachtet, dass das sichtbare Licht mit der kürzesten Wellenlänge (blaues und violettes Licht) dasjenige ist, das mit der größten Intensität gestreut wird.

Der Hauptunterschied zwischen beiden Arten der Streuung ist die Größe der Teilchen, die für die Lichtstreuung verantwortlich sind. Im Fall des Tyndall-Effekts wird dies nur beobachtet, wenn die Partikel relativ groß sind, mit Durchmessern, die mit der Wellenlänge des einfallenden Lichts vergleichbar sind, also etwa 400–700 nm, und sogar größer sein können. Dies fällt in den Größenbereich vieler kolloidaler Teilchen.

Anwendungen des Tyndall-Effekts in der Chemie und anderen Bereichen

Der Tyndall-Effekt wurde ausgiebig in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt. Die Messung des Verhältnisses zwischen der Intensität des einfallenden Lichts und dem Licht, das eine Probe durchdringt, ermöglicht die Bestimmung der Trübung der Probe. Diese wiederum hängt mit der Menge an Schwebeteilchen und deren Größe zusammen. Andererseits ermöglicht die Intensität des von einer Probe gestreuten Lichts unter verschiedenen Beobachtungswinkeln auch die experimentelle Bestimmung der durchschnittlichen Größe der Partikel in Suspension, was in der Industrie viele praktische Anwendungen findet.

Unterscheidung zwischen Kolloiden und echten Lösungen

Die einfachste Anwendung des Tyndall-Effekts besteht darin, dass wir leicht unterscheiden können, ob wir uns in Gegenwart einer Lösung oder eines Kolloids befinden. Für das bloße Auge erscheint ein Kolloid, wie z. B. geronnene Gelatine, vollständig transparent und hat ein hom*ogenes Aussehen, das dem einer Lösung sehr ähnlich ist. Das heißt, es ist schwierig, das Kolloid von einer Lösung zu unterscheiden.

Wenn wir jedoch eine Probe eines Kolloids mit einem Laser oder nur einem fokussierten Lichtstrahl in einem dunklen Raum beleuchten, macht der Tyndall-Effekt den Lichtstrahl innerhalb der Probe sichtbar, was bei einer echten Lösung aus diesem Grund nicht der Fall ist die gelösten Stoffe in Lösung sind Teilchen, die zu klein sind, um eine Streuung durch den Tyndall-Effekt zu erzeugen. Daher ermöglicht dieser Effekt, Kolloide schnell und einfach zu erkennen.

Trübungsmessung

Turbimetrie oder Messung der Trübung ist eine Technik, die den Atom- und Molekularabsorptionstechniken ähnlich ist. Diese Technik wird häufig bei der Analyse der Wasserqualität verwendet und besteht darin, die Lichtmenge zu messen, die durch eine Wasserprobe oder ein anderes Material durchgelassen wird. Unter Verwendung eines empirischen Gesetzes ähnlich dem Lambert-Beer-Absorptionsgesetz kann die Menge an Schwebstoffen in einer Probe bestimmt werden, was ein wichtiger Parameter für die Wasserqualität ist.

Trübung ist definiert als negativer Logarithmus des Verhältnisses zwischen der Intensität des Lichts, das die ungestörte Probe durchdringt (I) und der Intensität des einfallenden Lichts (I 0 ₎ :

Diese Trübung wird dann durch folgenden Ausdruck mit der Konzentration der Schwebstoffe in Beziehung gesetzt:

Dabei ist k eine Proportionalitätskonstante (entsprechend dem molaren Absorptionsvermögen des Lambert-Beer-Gesetzes), l die optische Weglänge oder Dicke der Probe und C die Konzentration der Partikel in Suspension.

Bei dieser Technik wird die Intensität des gestreuten Lichts entlang der gleichen Richtung wie das einfallende Licht gemessen, wobei eine als Trübungsmesser bezeichnete Ausrüstung verwendet wird.

Nephelometrie

Die Nephelometrie ist eine der Turbidimetrie ähnliche Technik, mit dem Unterschied, dass die Lichtintensität nicht in der gleichen Richtung wie das einfallende Licht gemessen wird, sondern an einer Position im 90°-Winkel dazu. Diese Technik basiert ebenfalls auf der Dispersion großer Partikel eines Kolloids (Tyndall-Effekt) und wird häufig verwendet, um die Menge bestimmter Antikörper wie Immunglobuline M, G und A (IgG, IgM und IgA) quantitativ zu bestimmen.

Darüber hinaus wird die Nephelometrie auch verwendet, um:

Trübungsmessungen durchführen
Proteinbindungskinetik überwachen
Überwachen Sie das mikrobielle Wachstum in Kulturbrühen
Führen Sie ein Löslichkeits -Screening durch
Erdölprozesskontrolle

Messung der radialen Dispersionsfunktion

Bei kleinen Teilchen kann die Tyndall-Streuung mittels der RGD-Theorie oder der MIE-Theorie modelliert werden. In diesen Fällen ist die Dispersion entlang der verschiedenen Beobachtungswinkel nicht gleichmäßig. Die Art und Weise, wie sich die Intensität mit dem Winkel ändert, bekannt als radiale Dispersionsfunktion, hängt weitgehend von der Beziehung zwischen der Wellenlänge des Lichts und dem Durchmesser des Partikels ab. Aus diesem Grund ermöglicht die Messung der radialen Streufunktion bei Kenntnis der Wellenlänge des einfallenden Lichts die experimentelle Bestimmung der Größe der Partikel in Suspension.

Dies ist besonders nützlich bei der Charakterisierung und Qualitätskontrolle vieler industrieller Prozesse und Produkte wie Aerosole, Farben usw.

Beispiele für Phänomene aufgrund des Tyndall-Effekts

Die blaue Farbe der Augen ist auf Tyndall-Streuung zurückzuführen, die in der Iris auftritt. Wie eingangs erwähnt, streuen Schwebeteilchen blaues Licht stärker als andere Lichtfarben, weshalb die Iris immer mehr blaues Licht wieder abgibt als ins Auge gelangt. Dieser Effekt tritt tatsächlich in den Augen aller Menschen auf. Der Grund, warum einige eine braune oder fast schwarze Iris haben, liegt darin, dass sie eine Melaninschicht auf der Iris haben, die blaues Licht absorbiert, das von der Iris gestreut wird, und ihr so ihre charakteristische Farbe verleiht.

Der Trick, mit dem Diebe in Filmen Sicherheitslaser in Banken und anderen Hochsicherheitsbereichen sehen, basiert auf dem Tyndall-Effekt. Das Aufblasen von etwas Talk oder einem anderen feinen Pulver erzeugt eine kleine luftgetragene Suspension fester Partikel, die das stark gebündelte Licht der Laser streut und sie für unsere Augen sichtbar macht.

Batmans Signal , das über die Wolken und durch den Nebel von Gotham proji*ziert wird, wenn Kommissar Gordon mit dem Superhelden sprechen muss, ist nur dank des Tyndall-Effekts sichtbar. Wenn es diese Art der Streuung nicht gäbe, würde der Lichtstrahl durch die Wolken gehen und in den unendlichen Raum gehen, ohne dass wir ihn sehen könnten, da kein Photon zurückkehren würde, um unsere Augen zu erreichen und das Bild der Fledermaus zu erzeugen.

Verweise

Barton, R. (2021, 20. November). John Tyndall | Irischer Physiker . Enzyklopädie Britannica. https://www.britannica.com/biography/John-Tyndall

Britannica, Die Herausgeber der Enzyklopädie. (2021, 20. April). Tyndall-Effekt | Definition & Fakten . Enzyklopädie Britannica. https://www.britannica.com/science/Tyndall-Effekt

BYJUs. (2021, 22. März). Allgemeine Datenschutzverordnung (DSGVO) Richtlinien BYJU’S . BYJUS. https://byjus.com/chemistry/tyndall-effect-dispersion-of-light/

Medina, M. (2018, 4. Februar). Turbidimetrie und Nephelometrie . Der Bioanalytiker. https://elbioanalista.blogspot.com/2017/11/turbidimetria-y-nefelometria.html

Nationalbibliothek für Medizin. (2022, 18. Februar). Quantitativer Nephelometrie-Test . MedlinePlus. https://medlineplus.gov/spanish/ency/article/003545.htm

Nephelometrie – Anwendung, Theoretischer Hintergrund, Instrumentierung . (n.d.). KripKit. https://kripkit.com/nefelometra/

Rosas García, VM (2005, 5. Dezember). Optische Eigenschaften von Kolloiden . Chemiker69. http://www.geocities.ws/quimico69/fqav/propopti.htm

Valero, M. (nd). THEMA II: STREUUNG DES LICHTS . Gredos.Usal.Es. https://gredos.usal.es/bitstream/handle/10366/120540/MID_11_084_3.pdf

-Werbung-