ティンダル効果のしくみ

私たちは皆、夕焼けの空の鮮やかな色を楽しんでいます。晴れた日には、昼間に青空が見えます。しかし、夕日は空をオレンジ色に染めます。晴れた夕方にビーチを訪れると、空の一部がまだ青いのに、夕日の周りの空が黄色、オレンジ、赤に広がっているのがわかります。自然がどのように巧妙な魔法を使ってあなたの目を欺くことができるのか疑問に思ったことはありませんか?この現象はチンダル効果によって引き起こされます .

この記事では、

1.ティンダル効果とは
2.ティンダル効果の仕組み
3.チンダル効果の例

ティンダル効果とは

簡単に言えば、チンダル効果とは、溶液中のコロイド粒子による光の散乱です。この現象をよりよく理解するために、コロイド粒子とは何かについて説明しましょう。

コロイド粒子は、1 ～ 200 nm のサイズ範囲内にあります。粒子は別の分散媒に分散しており、分散相と呼ばれます。コロイド粒子は通常、分子または分子集合体です。必要な時間が与えられれば、これらは 2 つのフェーズに分けることができるため、メタステーブルと見なされます。コロイド系のいくつかの例を以下に示します。 (コロイドの詳細については、こちらをご覧ください。)

ティンダル効果の仕組み

小さなコロイド粒子には、光を散乱させる能力があります。光ビームがコロイド系を通過すると、光は粒子と衝突して散乱します。この光の散乱により、可視光ビームが生成されます。この違いは、同じ光線がコロイド系と溶液を通過するときにはっきりとわかります。

サイズが 1 nm 未満の粒子を含む溶液を光が通過すると、光は溶液を直接通過します。したがって、光の経路は見えません。これらのタイプのソリューションは、真のソリューションと呼ばれます。真の溶液とは対照的に、コロイド粒子が光を散乱させ、光の経路がはっきりと見えます。

図 1:乳白色ガラスのチンダル効果

チンダル効果が発生するには、満たさなければならない条件が 2 つあります。

• 使用する光線の波長は、散乱に関与する粒子の直径より大きくする必要があります。
• 分散相と分散媒体の屈折率の間には大きなギャップがあるはずです。

コロイド系は、これらの要因に基づく真のソリューションによって区別できます。真の溶液は、溶媒と区別できない非常に小さな溶質粒子を含むため、上記の条件を満たしません。溶質粒子の直径と屈折率は非常に小さいです。したがって、溶質粒子は光を散乱できません。

上記の現象は、ジョン ティンダルによって発見され、ティンダル効果と名付けられました。これは、私たちが日常的に見ている多くの自然現象に当てはまります。

チンダル効果の例

空は、ティンダル効果を説明する最も一般的な例の 1 つです。私たちが知っているように、大気には何十億もの小さな粒子が含まれています。その中には無数のコロイド粒子があります。太陽からの光は大気を通って地球に到達します。白色光は、7 つの色に対応するさまざまな波長で構成されています。これらの色は、赤、オレンジ、黄、緑、青、藍、紫です。これらの色のうち、青色の波長は他の色よりも散乱能力が大きくなります。晴れた日に光が大気を通過すると、青色に対応する波長が散乱されます。したがって、青い空が見えます。ただし、日没時には、太陽光は大気中を最大限に移動する必要があります。青色光の散乱の強さにより、太陽光は地球に到達するときに赤色光に対応する波長を多く含んでいます。したがって、夕日の周りに赤みがかったオレンジ色の色合いが見えます。

図 2:ティンダル効果の例 – 夕焼けの空

車両が霧の中を走行するとき、ヘッドライトは、道路が空いているときほど遠くまで移動しません。これは、霧にコロイド粒子が含まれており、車両のヘッドライトから発せられた光が散乱し、光がそれ以上進むのを妨げているためです.

彗星の尾は明るいオレンジがかった黄色に見えます。これは、光が彗星の経路に残っているコロイド粒子によって散乱されるためです.

ティンダル効果が私たちの身の回りにあふれていることは明らかです。そのため、次に光の散乱が発生した場合、それはチンダル効果によるものであり、コロイドが関与していることがわかります。