2.1.r = 1,087 × 10-4 см. 2.2.r = 1 × 10-6 см. 2.3.r = 5,25 × 10-4 см.
2.4.r = 4,28 × 10-4 см. 2.5.r = 2,1 × 10-5 см. 2.6.NА = 6,0 × 1023.
2.7.NА = 6,14 × 1023. 2.8. NА = 6,02 × 1023. 2.9.h = 1,56 × 10-4 П.
2.10.r = 4,68 × 10-5 см. 2.11.r = 8,1 × 10-7 см. 2.12.p = 3,72 Па.
2.13.r = 1,96 × 10-5 см. 2.14.С = 0,98 г/л. 2.15.М = 10000 а.е.м.
2.16.r = 9,336 × 10-6 см. 2.17.u1 = 121 см/с, u2 = 1,21 × 10-2 см/с.
2.18.Н = 5,59 см. 2.19.N = 6,75 × 10-9 кг/м3. 2.20. = 10.
2.21.D2/D1 = 100.
2.22.uгр = 1,58 × 10-6 м/с; uц = 4,74 × 10-4 м/с; uц/uгр = 300.
2.23.t1 =5,9 с; t2 =16 ч; t3 =19 лет.
2.24.t1 =31 с; t2 =86,2 ч; t3 =100 лет. 2.25.p =1,48 × 103 Па.
2.2. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
В дисперсных системах наблюдаются явления рассеяния света и поглощения света, от которых зависит мутность и окраска коллоидных растворов. Эти явления также лежат в основе ряда методов определения размеров, концентрации и формы коллоидных частиц.
Размеры коллоидных частиц меньше длины волны падающего света, поэтому световые лучи не могут от них отражаться и эти частицы не видны даже в самые сильные оптические микроскопы. Светорассеяние в коллоидных системах вызвано дифракцией - явлением, заключающимся в том, что световые лучи огибают коллоидные частицы и изменяют свое направление, рассеиваясь во все стороны.
Интенсивность света, рассеянного в результате дифракции при прохождении через коллоидный раствор, зависит от количества и размеров частиц, а также от длины волны падающего света.
Эта зависимость выражается уравнением Рэлея, которое для частиц сферической формы, не поглощающих свет, имеет вид
, (2.17)
где Ip – интенсивность рассеянного света; I0 – интенсивность падающего света; N – число частиц в единице объема; n – объем одной частицы; l - длина волны падающего света; К – величина, постоянная для данной коллоидной системы, она зависит от показателей преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Уравнение (2.17) используется для определения концентрации частиц и их размера.
Объем сферической частицы v = 4/3pr3. Число частиц в единице объема можно определить, зная массовую концентрацию дисперсной фазы С и ее плотность r: N = C/(vr). Подставляя эти значения в уравнение Рэлея и объединяя все постоянные величины, включая плотность, получим
,
откуда отношение интенсивностей рассеянного и падающего света, называемое мутностью,
m = .
Таким образом, располагая серией стандартов с известным и постоянным размером частиц или постоянной их концентрацией, для данной дисперсной системы при постоянной длине волны света можно определить те же величины. Мутность испытываемого и стандартного растворов оценивают в нефелометре по высоте столбов жидкостей h, обеспечивающих равную освещенность полей в окуляре. В этом случае при постоянном размере частиц можно оценить массовую концентрацию частиц золя:
, (2.18)
а при постоянной концентрации частиц дисперсной фазы - их размер:
. (2.19)
Явление рассеяния света используется также для определения размера частиц с помощью ультрамикроскопа. Для этого подсчитывают среднее число частиц N в объеме n поля зрения микроскопа и, зная массовую концентрацию золя С, а также плотность дисперсной фазы r, вычисляют средний радиус частиц:
. (2.20)
Поглощение света зависит от индивидуальных физических и химических свойств веществ и является избирательным, т.е. каждое вещество поглощает свет определенных длин волн. С этим связана окраска тел.
В растворах с прозрачным бесцветным растворителем свет поглощается только растворенным веществом. Для них справедливо уравнение Бугера - Ламберта - Бера
, (2.21)
в котором I – интенсивность прошедшего через раствор света; I0 – интенсивность падающего света; Е – коэффициент светопоглощения; С – концентрация дисперсной фазы; d – толщина поглощающего слоя.
Из уравнения (2.21) оптическая плотность
D = ln = EСd,
что позволяет оценить концентрацию дисперсной фазы, сравнивая оптические плотности испытываемого и стандартного раствора с известной концентрацией частиц. При равной толщине слоя справедливо отношение , откуда
С = Сст. (2.22)