Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Определение размеров частиц нанодисперсных систем, не подчиняющихся уравнению Релея




Цель работы: Экспериментальное определение размера частиц нанодисперсных систем, не подчиняющихся уравнению Релея, с использованием уравнения Геллера. (Работа рассчитана на 3 часа)

 

Краткое теоретическое введение

С увеличением размеров частиц закон Релея перестает соблюдаться и интенсивность рассеянного света становится обратно пропорциональной длине волны в степени, меньшей чем четвертая. В этом случае пользуются либо уравнениями, вытекающими из общей теории светорассеяния, либо эмпирическими соотношениями. В частности, если размер ( диаметр) частиц составляет от 1/10 до 1/3 длины световой волны и показатели преломления частиц и среды не сильно различаются, для описания светорассеяния в системе можно воспользоваться следующими эмпирическими уравнениями, предложенными Геллером:

 

D = kλ-n и τ = k λ-n , (1)

 

где k и k - константы, не зависящие от длины волны.

Зависимости lgD (или lgτ) от lgλ в соответствии с уравнениями (1) представляют собой прямую линию, тангенс угла наклона которой равен показателю степени n с минусом. Значение показателя степени n в этих уравнениях зависит от соотношения между размером частицы и длиной волны падающего света, характеризуемого параметром Z:

 

Z=8πr/λ (2)

 

С увеличением Z значение n уменьшается, стремясь в пределе к 2 для частиц, радиус которых больше длины волны. При малых значениях Z соблюдается уравнение Релея и n = 4. Значения n для Z от 2 до 8 приведены в табл.1.

 

Таблица 1. Показатель степени n в уравнении Геллера

в зависимости от параметра Z .

n Z n Z
3.812 2.0 2.807 5.5
3.686 2.5 2.657 6.0
3.573 3.0 2.533 6.5
3.436 3.5 2.457 7.0
3.284 4.0 2.379 7.5
3.121 4.5 2.329 8.0
3.060 5.0 - -

Показатель степени n в уравнениях (1) находят на основе турбидиметрических данных. Для этого экспериментально измеряют оптическую плотность системы при различных длинах волн (в достаточно узком интервале λ) и строят график в координатах lgD - lgλ. Показатель n определяют по тангенсу угла наклона полученной прямой. По значению n находят соответствующее значение параметра Z, а затем по формуле (2) рассчитывают средний радиус частиц исследуемой дисперсной системы.


Этот метод, как и уравнение Релея, применим только для « белых » золей, т.е. для неокрашенных дисперсных систем (метод базируется только на светорассеянии).

Приборы и методы измерений

Измерения оптической плотности золя проводят на спектрофотометре.

 

Последовательность выполнения работы

1. Включить спектрофотометр в сеть. Прогреть прибор в течение 10-15 минут.

2. Измерить оптическую плотность D золя сульфата бария с помощью спектрофотометра, используя светофильтр №3. В кюветодержатель поставить две заполненные кюветы: кювету с дистиллированной водой и кювету с образцом золя. Закрыть крышку прибора и с помощью ручки прибора передвинуть кюветодержатель так, чтобы кювета с дистиллированной водой находилась против фильтра.

3. Поворачивая рукоятку грубой установки вправо (по часовой стрелке) установить стрелку на отметку 100% пропускания ( верхняя шкала прибора).

4. С помощью ручки прибора передвинуть кюветодержатель так, чтобы кювета с раствором находилась против фильтра. Определить оптическую плотность D по нижней шкале прибора. Значение оптической плотности золя должно находиться в пределах 0.70-0.95. Провести еще два измерения и данные об оптической плотности D и средней оптической плотности Dср для данного светофильтра занести в таблицу 2.

5. Повторить аналогичные измерения оптической плотности D для светофильтров №4-9. Данные занести в таблицу 2.

 

Обработка и оформление результатов

1. Найти значения lg λвак и lg Dср. Построить график в координатах lg λвак - lg Dср и определить показатель степени n через тангенс угла наклона прямой.

2. По данным таблицы 1 построить график в координатах Z-n, из которого определить значение параметра Z, соответствующее ранее определенному n.

 

 

Таблица 2.Экспериментальные данные для расчета размеров частиц дисперсных систем, не подчиняющихся уравнению Релея.

Номер светофильтра λвак,нм lg λвак D Dср lg Dср
       
 
 
       
       
       
       
       
       

3.Рассчитать среднее значение длин волн λср:

 


4. Полученное среднее значение длин волн λср подставить в уравнение (2) и рассчитать значение среднего радиуса частиц r золя сульфата бария.

 

Контрольные вопросы

 

1. Для описания светорассеяния каких систем используется уравнение Геллера?

2. Какие золи называют «белыми»?

3. Какой оптический метод определения размеров наночастиц использован в данной работе?

 

Литература

1. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. Учебник для вузов.-М.:Химия, 1988.

2. Зимон А.Д. Коллоидная химия. М.: Агар, 2007.

3. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии.- Под ред. Ю.Г.Фролова и А.С.Гродского.-М.:Химия,1986.

 

 


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 1060. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.022 сек.) русская версия | украинская версия