Kimyada Tyndall etkisi

Tyndall etkisi veya Tyndall fenomeni, süt, kolloidler veya dumanlı veya havanın yükseldiği bir oda gibi süspansiyon halinde küçük parçacıkların bulunduğu bir ortamın neden olduğu ışığın saçılmasından oluşur . Bu etki, aksi takdirde fark edilmeyecek olan görünür ışık huzmeleri yapar.

Tyndall etkisinin tipik bir örneği, karanlık bir odada bir pencere açtığımızda ve odanın içinden geçen ışık demetini zemine ulaşana kadar gördüğümüzde ortaya çıkar. Ayrıca gece sisin ortasında bir arabanın farlarını yaktığımızda veya bulutlu bir ormanda ağaçların dalları arasından güneş ışınlarını gördüğümüzde.

Bu fenomen, adını 19. yüzyılda kapsamlı bir şekilde inceleyen Londra Kraliyet Enstitüsü’nde İngiliz fizikçi ve doğa felsefesi profesörü John Tyndall’dan almıştır. Bu olguya Rayleigh-Debye saçılması da denir.

Tyndall etkisi, ışığın farklı parçacık türleri ile etkileşime girme biçimiyle ilgili olarak her gün yaptığımız birçok gözlemi açıklamamıza izin veren birkaç ışık saçılımı olgusundan biridir.

Tyndall etkisinin özellikleri

• Bir tür elastik saçılmadır, yani dalga boyundaki değişiklikleri içermez ve bu nedenle gelen fotonun enerjisi korunur.
• Görünür ışığın dalga boyuyla karşılaştırılabilir veya daha büyük boyutlarda nispeten büyük parçacıklardan kaynaklanır .
• Hem parçacıkların boyutuna hem de her parçacığı oluşturan maddelerin moleküler ağırlığına bağlıdır.
• Gelen ışığın polarizasyonuna bağlıdır.
• Kolloidlerde ve süspansiyonlarda bulunur, ancak gerçek çözeltilerde bulunmaz.

Tyndall etkisine karşı Rayleigh saçılmasına karşı MIE saçılmasına karşı

Tyndall etkisi ve Rayleigh saçılması yakından ilişkilidir. Her ikisi de gaz veya sıvı gibi bir ortamda bulunan parçacıkların neden olduğu ışık saçılımı olgusudur. Ayrıca her iki durumda da saçılan ışık dalga boyunda herhangi bir değişikliğe uğramaz, yani fotonların enerjisi korunur, dolayısıyla bunlar elastik saçılma örnekleridir.

Son olarak, hem Tyndall etkisinde hem de Rayleigh saçılmasında, en kısa dalga boyuna sahip görünür ışığın (mavi ve mor ışık) en büyük yoğunlukta saçılan ışık olduğu gözlemlenmiştir.

Her iki saçılma türü arasındaki temel fark, ışığın saçılmasından sorumlu parçacıkların boyutudur. Tyndall etkisi durumunda, bu yalnızca parçacıklar nispeten büyük olduğunda, çapları gelen ışığın dalga boyuyla karşılaştırılabilir, yani yaklaşık 400-700 nm olduğunda gözlemlenir ve hatta daha büyük olabilir. Bu, birçok koloidal parçacığın boyut aralığına girer.

Tersine, Rayleigh saçılması durumunda, bu, dalga boyunun 1/10’u ile 1/20’si arasında veya daha da azı arasında çok daha küçük parçacıklarla gerçekleşir. Bu tür saçılma, tek tek atomlar ve moleküller ile meydana gelirken, Tyndall etkisi ya büyük molekül ağırlıklı makromoleküller ya da birçok küçük molekülden oluşan parçacıklar ile meydana gelir.

Öte yandan MIE dağılımıdır. Bu terim, elektromanyetik radyasyonun (yani ışığın) küresel parçacıklar tarafından saçılmasını açıklamak için teorik bir çerçeveye atıfta bulunur. MIE saçılma modeli, Rayleigh saçılması ve Tyndall etkisi gibi saçılma olaylarını açıklamak ve karakterize etmek için Maxwell denklemlerinin eksiksiz bir teorik geliştirmesinden oluşur.

Tyndall etkisinin kimya ve diğer alanlarda kullanımı

Tyndall etkisi, çok çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Gelen ışığın yoğunluğu ile bir numuneden geçmeyi başaran ışık arasındaki ilişkinin ölçülmesi, numunenin bulanıklığının belirlenmesini mümkün kılar. Bu da askıda kalan parçacıkların miktarı ve boyutları ile ilgilidir. Öte yandan, farklı gözlem açılarında bir numune tarafından saçılan ışığın yoğunluğu, endüstride birçok pratik uygulama bulan süspansiyondaki parçacıkların ortalama boyutunu deneysel olarak belirlemeyi de mümkün kılar.

Kolloidler ve gerçek çözeltiler arasında ayrım yapmak

Tyndall etkisinin en basit uygulaması, bir solüsyonun veya bir kolloidin varlığında olduğumuzu kolayca ayırt etmemizi sağlamasıdır. Kıvrılmış jelatin gibi bir kolloid, çıplak gözle tamamen şeffaf görünür ve bir çözeltininkine çok benzeyen homojen bir görünüme sahiptir. Yani kolloidi çözeltiden ayırt etmek zordur.

Bununla birlikte, bir kolloid numunesini karanlık bir odada lazerle veya sadece odaklanmış bir ışık huzmesiyle aydınlatırsak, Tyndall etkisi, ışık huzmesini numune içinde görünür hale getirecektir ki bu gerçek bir çözümde böyle değildir. Çözeltideki çözünenler, Tyndall etkisi ile saçılma oluşturmak için çok küçük parçacıklardır. Bu nedenle, bu etki kolloidlerin hızlı ve kolay bir şekilde tanınmasını sağlar.

bulanıklık

Türbimetri veya bulanıklığın ölçümü, atomik ve moleküler absorpsiyon tekniklerine benzer bir tekniktir. Bu teknik, su kalitesinin analizinde yaygın olarak kullanılır ve bir su veya başka malzeme numunesinden geçen ışık miktarının ölçülmesinden oluşur. Lambert-Beer soğurma yasasına benzer ampirik bir yasa kullanılarak, bir numunedeki askıda katı madde miktarı belirlenebilir, bu da su kalitesinin önemli bir parametresidir.

_{Bulanıklık, bozulmamış numuneden geçmeyi başaran ışığın yoğunluğu (I) ile gelen ışığın yoğunluğu (I 0 )} arasındaki ilişkinin negatif logaritması olarak tanımlanır :

Bu bulanıklık daha sonra aşağıdaki ifade aracılığıyla asılı parçacıkların konsantrasyonu ile ilişkilendirilir:

k bir orantılılık sabiti olduğunda (Lambert-Beer yasasının molar absorptivitesine eşdeğer), l numunenin optik yol uzunluğu veya kalınlığı ve C süspansiyon halindeki parçacıkların konsantrasyonudur.

Bu teknikte, saçılan ışığın yoğunluğu, türbidimetre adı verilen bir ekipman kullanılarak gelen ışıkla aynı yönde ölçülür.

nefelometri

Nefelometri, gelen ışıkla aynı yöndeki ışık yoğunluğunu ölçmek yerine, ona 90°’lik bir konumda ölçülmesi farkıyla, türbidimetriye benzer bir tekniktir. Bu teknik aynı zamanda bir kolloidin büyük partiküllerinin dağılımına (Tyndall etkisi) dayanır ve immünoglobulinler M, G ve A (IgG, IgM ve IgA) gibi belirli antikorların miktarını kantitatif olarak belirlemek için yaygın olarak kullanılır.

Ek olarak, nefelometri şu amaçlarla da kullanılır:

• Bulanıklık ölçümlerini gerçekleştirin
• Protein bağlama kinetiğini izleyin
• Kültür besiyerlerinde mikrobiyal büyümeyi izleyin
• İlaç çözünürlük taraması yapın
• Petrol proses kontrolü

Radyal dağılım fonksiyonunun ölçümü

Küçük parçacıklar söz konusu olduğunda, Tyndall saçılması RGD teorisi veya MIE teorisi aracılığıyla modellenebilir. Bu durumlarda, dağılım farklı gözlem açıları boyunca tekdüze değildir. Radyal dağılım fonksiyonu olarak bilinen yoğunluğun açıya göre değişme şekli, büyük ölçüde ışığın dalga boyu ile parçacığın çapı arasındaki ilişkiye bağlıdır. Bu nedenle, gelen ışığın dalga boyunu bilerek radyal dağılım fonksiyonunu ölçmek, süspansiyon halindeki parçacıkların boyutunu deneysel olarak belirlemeyi mümkün kılar.

Bu, aerosoller, boyalar vb. gibi birçok endüstriyel işlemin ve ürünün karakterizasyonu ve kalite kontrolünde özellikle yararlıdır.

Tyndall etkisinden kaynaklanan fenomen örnekleri

Gözlerin mavi rengi, iriste meydana gelen Tyndall saçılmasından kaynaklanmaktadır. Başta belirtildiği gibi, asılı parçacıklar mavi ışığı diğer ışık renklerinden daha fazla dağıtır, bu nedenle iris her zaman göze girenden daha fazla mavi ışık verir. Bu etki aslında tüm insanların gözünde oluşur. Bazılarının kahverengi veya neredeyse siyah irislerinin olmasının nedeni, iris tarafından saçılan mavi ışığı emerek ona karakteristik rengini veren iris üzerinde bir melanin tabakasına sahip olmalarıdır.

Filmlerdeki hırsızların bankalardaki ve diğer yüksek güvenlikli alanlardaki güvenlik lazerlerini görmek için kullandıkları numara , Tyndall etkisine dayanmaktadır. Bir miktar talk veya başka bir ince tozun üzerine üflemek, lazerlerden gelen yüksek oranda paralelleştirilmiş ışığı dağıtarak onları gözlerimiz için görünür kılan, havada asılı küçük bir katı parçacık süspansiyonu oluşturur.

Komiser Gordon’un süper kahramanla konuşması gerektiğinde bulutların üzerine ve Gotham pusunun içinden yansıtılan Batman sinyali, yalnızca Tyndall etkisi sayesinde görülebilir. Bu tür bir saçılma olmasaydı, ışık huzmesi bulutların arasından geçerek biz onu görmeden sonsuz uzaya giderdi, çünkü geri dönen ve gözümüze ulaşıp yarasanın görüntüsünü oluşturacak bir foton olmazdı.

Referanslar

Barton, R. (2021, 20 Kasım). John Tyndall | İrlandalı fizikçi . Britanika Ansiklopedisi. https://www.britannica.com/biography/John-Tyndall

Britannica, Ansiklopedi Editörleri. (2021, 20 Nisan). Tyndall etkisi | Tanım ve Gerçekler . Britanika Ansiklopedisi. https://www.britannica.com/science/Tyndall-effect

BYJU’lar. (2021, 22 Mart). Genel Veri Koruma Yönetmeliği (GDPR) Yönergeleri BYJU’S . BYJUS. https://byjus.com/chemistry/tyndall-effect-dispersion-of-light/

Medine, M. (2018, 4 Şubat). Bulanıklık ve Nefelometri . Biyoanalist. https://elbioanalista.blogspot.com/2017/11/turbidimetria-y-nefelometria.html

Ulusal Tıp Kütüphanesi. (2022, 18 Şubat). Kantitatif nefelometri testi . Medline Plus. https://medlineplus.gov/spanish/ency/article/003545.htm

Nefelometri – Uygulama, Teorik Arka Plan, Enstrümantasyon . (t.d.). KripKit. https://kripkit.com/nefelometra/

Rosas García, VM (2005, 5 Aralık). Kolloidlerin optik özellikleri . kimyager69. http://www.geocities.ws/quimico69/fqav/propopti.htm

Valero, M. (son). KONU II: IŞIK DAĞILIMI . Gredos.Usal.Es. https://gredos.usal.es/bitstream/handle/10366/120540/MID_11_084_3.pdf