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O efeito Tyndall ou fenômeno Tyndall consiste na dispersão da luz causada por um meio no qual existem pequenas partículas em suspensão, como no caso de leite, colóides ou uma sala com fumaça ou na qual o ar subiu . Este efeito torna os feixes de luz visíveis que, de outra forma, passariam despercebidos.
Um exemplo típico do efeito Tyndall ocorre quando abrimos uma janela em uma sala escura e podemos ver o feixe de luz que atravessa a sala até chegar ao chão. Também quando acendemos os faróis de um carro à noite em meio à neblina ou quando vemos os raios de sol através dos galhos das árvores em uma floresta nublada.
Esse fenômeno recebeu o nome de John Tyndall, físico britânico e professor de filosofia natural no Royal Institute of London, que o estudou extensivamente durante o século XIX. Esse fenômeno também é chamado de espalhamento Rayleigh-Debye.
O efeito Tyndall é um dos vários fenômenos de dispersão de luz que nos permitem explicar muitas das observações que fazemos todos os dias relacionadas à forma como a luz interage com diferentes tipos de partículas.
Características do efeito Tyndall
- É um tipo de espalhamento elástico, o que significa que não envolve mudanças no comprimento de onda e, portanto, a energia do fóton incidente é conservada.
- É causada por partículas relativamente grandes, de tamanhos comparáveis ao comprimento de onda da luz visível ou maiores.
- Depende tanto do tamanho das partículas quanto do peso molecular das substâncias que compõem cada partícula.
- Depende da polarização da luz incidente.
- Ocorre em colóides e suspensões, mas não em soluções reais.
O efeito Tyndall versus dispersão Rayleigh versus dispersão MIE
O efeito Tyndall e a dispersão Rayleigh estão intimamente relacionados. Ambos são fenômenos de dispersão de luz causados por partículas presentes em um meio, como um gás ou um líquido. Além disso, em ambos os casos a luz espalhada não sofre nenhuma alteração no comprimento de onda, ou seja, a energia dos fótons é conservada, portanto são exemplos de espalhamento elástico.
Por fim, tanto no efeito Tyndall quanto no espalhamento Rayleigh, observa-se que a luz visível de menor comprimento de onda (luz azul e violeta) é a que se espalha com maior intensidade.
A principal diferença entre os dois tipos de espalhamento é o tamanho das partículas responsáveis pelo espalhamento da luz. No caso do efeito Tyndall, isso só é observado quando as partículas são relativamente grandes, com diâmetros comparáveis ao comprimento de onda da luz incidente, ou seja, em torno de 400-700 nm, podendo até ser maiores. Isso cai na faixa de tamanho de muitas partículas coloidais.
Em contraste, no caso do espalhamento Rayleigh, isso ocorre com partículas muito menores entre 1/10 e 1/20 do comprimento de onda ou até menos. Esse tipo de espalhamento ocorre com átomos e moléculas individuais , enquanto o efeito Tyndall ocorre com macromoléculas de grande peso molecular ou com partículas compostas de muitas moléculas menores.
Por outro lado está a dispersão MIE. Este termo refere-se a uma estrutura teórica para explicar a dispersão da radiação eletromagnética (isto é, luz) por partículas esféricas. O modelo de espalhamento MIE consiste em um desenvolvimento teórico completo das equações de Maxwell para explicar e caracterizar fenômenos de espalhamento como o espalhamento de Rayleigh e o efeito Tyndall.
Usos do efeito Tyndall em química e outras áreas
O efeito Tyndall tem sido amplamente utilizado em uma ampla variedade de indústrias. A medição da relação entre a intensidade da luz incidente e a luz que consegue passar por uma amostra permite determinar a turbidez da amostra. Isso, por sua vez, está relacionado à quantidade de partículas suspensas e seu tamanho. Por outro lado, a intensidade da luz espalhada por uma amostra, em diferentes ângulos de observação, também permite determinar experimentalmente o tamanho médio das partículas em suspensão, o que encontra muitas aplicações práticas na indústria.
Distinguindo entre colóides e soluções reais
A aplicação mais simples do efeito Tyndall é que ele nos permite distinguir facilmente quando estamos na presença de uma solução ou colóide. A olho nu, um colóide, como a gelatina coalhada, aparece completamente transparente e tem uma aparência homogênea muito semelhante à de uma solução. Ou seja, é difícil distinguir o colóide de uma solução.
No entanto, se iluminarmos uma amostra de um colóide com um laser ou apenas um feixe de luz focalizado em uma sala escura, o efeito Tyndall tornará o feixe de luz visível dentro da amostra, o que não ocorre em uma solução real devido a isso os solutos em solução são partículas muito pequenas para gerar espalhamento pelo efeito Tyndall. Portanto, este efeito permite reconhecer colóides de forma rápida e fácil.
turbidimetria
A turbimetria, ou medição da turbidez, é uma técnica semelhante às técnicas de absorção atômica e molecular. Esta técnica é muito utilizada na análise da qualidade da água, e consiste em medir a quantidade de luz transmitida através de uma amostra de água ou outro material. Usando uma lei empírica semelhante à lei de absorção de Lambert-Beer, a quantidade de sólidos suspensos em uma amostra pode ser determinada, o que é um parâmetro importante da qualidade da água.
A turbidez é definida como o logaritmo negativo da relação entre a intensidade da luz que consegue passar pela amostra não perturbada (I) e a intensidade da luz incidente (I 0 ) :
Essa turbidez é então relacionada com a concentração das partículas suspensas por meio da seguinte expressão:
Onde k é uma constante de proporcionalidade (equivalente à absortividade molar da lei de Lambert-Beer), l é o comprimento do caminho óptico ou espessura da amostra e C é a concentração das partículas em suspensão.
Nessa técnica, a intensidade da luz espalhada é medida na mesma direção da luz incidente por meio de um equipamento chamado turbidímetro.
nefelometria
A nefelometria é uma técnica semelhante à turbidimetria, com a diferença de que, ao invés de medir a intensidade da luz na mesma direção da luz incidente, ela é medida em uma posição a 90° dela. Essa técnica também se baseia na dispersão de grandes partículas de um colóide (efeito Tyndall) e é amplamente utilizada para determinar quantitativamente a quantidade de certos anticorpos como as imunoglobulinas M, G e A (IgG, IgM e IgA).
Além disso, a nefelometria também é usada para:
- Faça medições de turbidez
- Monitorar a cinética de ligação de proteínas
- Monitore o crescimento microbiano em caldos de cultura
- Fazer triagem de solubilidade de drogas
- Controle de processo de petróleo
Medição da função de dispersão radial
No caso de partículas pequenas, o espalhamento Tyndall pode ser modelado por meio da teoria RGD ou da teoria MIE. Nestes casos, a dispersão não é uniforme ao longo dos diferentes ângulos de observação. A maneira como a intensidade varia com o ângulo, conhecida como função de dispersão radial, depende muito da relação entre o comprimento de onda da luz e o diâmetro da partícula. Por esta razão, medir a função de espalhamento radial conhecendo o comprimento de onda da luz incidente permite determinar experimentalmente o tamanho das partículas em suspensão.
Isso é particularmente útil na caracterização e controle de qualidade de muitos processos e produtos industriais, como aerossóis, tintas, etc.
Exemplos de fenômenos devido ao efeito Tyndall
A cor azul dos olhos é devida à dispersão de Tyndall que ocorre na íris. Como mencionado no início, as partículas suspensas espalham a luz azul mais do que outras cores de luz, e é por isso que a íris sempre devolve mais luz azul do que entra no olho. Este efeito realmente ocorre aos olhos de todas as pessoas. A razão pela qual alguns têm íris marrom ou quase preta é porque eles têm uma camada de melanina na íris que absorve a luz azul espalhada pela íris, dando-lhe sua cor característica.
O truque que os ladrões usam nos filmes para ver os lasers de segurança em bancos e outras áreas de alta segurança é baseado no efeito Tyndall. Soprar um pouco de talco ou outro pó fino cria uma pequena suspensão de partículas sólidas no ar que espalha a luz altamente colimada dos lasers, tornando-os visíveis aos nossos olhos.
O sinal do Batman que é projetado acima das nuvens e através da neblina de Gotham quando o Comissário Gordon precisa falar com o super-herói só é visível graças ao efeito Tyndall. Se não existisse esse tipo de espalhamento, o feixe de luz atravessaria as nuvens e iria para o espaço infinito sem que pudéssemos vê-lo, pois não haveria fóton voltando para atingir nossos olhos e gerar a imagem do morcego.
Referências
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