הן בפיזיקה והן בכימיה, נחקרת תופעה המסייעת להסביר מדוע חלקיקים נראים בזמנים מסוימים. תופעה זו ידועה בשם אפקט Tyndall. זו תופעה פיזיקלית שנחקרה על ידי המדען האירי ג'ון טינדאל בשנת 1869. מאז היו למחקרים אלה יישומים רבים בתחום הפיזיקה והכימיה. וזה שהוא חוקר חלקיקים שאינם נראים לעין בלתי מזוינת. עם זאת, מכיוון שהם יכולים להחזיר או לשבור אור, הם הופכים לבלתי נראים במצבים מסוימים.
במאמר זה אנו נספר לכם את כל מה שאתם צריכים לדעת על אפקט Tyndall וחשיבותו לפיזיקה בכימיה.
מהו אפקט Tyndall
זהו סוג של תופעה פיזיקלית המסבירה כיצד חלקיקים מדוללים מסוימים או בתוך גז יכולים להיראות בשל העובדה שהם מסוגלים להחזיר או לשבור אור. אם נסתכל על זה במבט ראשון, נוכל לראות שחלקיקים אלה אינם נראים לעין. עם זאת, העובדה ש יכול לפזר או לספוג אור בהתאם לסביבה בה הוא נמצא, הוא מאפשר להבחין ביניהם. ניתן לראות אותם אם הם תלויים בתמיסה בזמן שהם עוברים לרוחב למישור הראייה של המתבונן על ידי קרן אור עזה.
אם האור לא עובר בהקשר זה לא ניתן לראותם. לדוגמא, כדי להבין את זה ביתר קלות אנחנו מדברים על חלקיקים כמו כתמי אבק. כאשר השמש נכנסת דרך החלון עם מידה מסוימת של נטייה אנו יכולים לראות את כתמי האבק צפים באוויר. חלקיקים אלה אינם נראים אחרת. ניתן לראות אותם רק כאשר אור השמש נכנס לחדר עם מידה מסוימת של נטייה ועוצמה מסוימת.
זה מה שמכונה אפקט Tyndall. בהתאם לנקודת מבטו של המתבונן, ניתן לראות חלקיקים שבדרך כלל אינם יכולים. דוגמה נוספת המדגישה את אפקט Tyndall היא כשאנחנו משתמשים בפנסי רכב במזג אוויר ערפילי. התאורה שמעטים מפעילים על הלחות מאפשרת לנו לראות את חלקיקי המים בתלייה. אחרת היינו רואים רק מה הערפל עצמו.
חשיבות ותרומות
הן בפיזיקה והן בכימיה, לאפקט Tyndall יש תרומות רבות למחקרים מסוימים וחשיבות רבה. וזה שבזכות השפעה זו אנו יכולים להסביר מדוע השמיים כחולים. אנו יודעים כי האור המגיע מהשמש הוא לבן. עם זאת, כאשר אטמוספרת כדור הארץ נכנסת, היא מתנגשת במולקולות הגזים השונים המרכיבים אותה. אנו זוכרים כי האטמוספירה של כדור הארץ מורכבת ברובה ממולקולות חנקן, חמצן וארגון במידה פחותה. בריכוזים נמוכים בהרבה נמצאים גזי החממה שביניהם פחמן דו חמצני, מתאן ואדי מים, בין היתר.
כאשר אור לבן מהשמש פוגע בכל החלקיקים התלויים הללו הוא עובר סטיות שונות. הסטייה שקרן האור סובלת מהשמש עם מולקולות החמצן בחנקן גורמת לה להיות בצבעים שונים. צבעים אלה תלויים באורך הגל ובמידת הסטייה. הצבעים הכי סוטים הם סגול וכחול מאחר שיש להם אורך גל קצר יותר. זה הופך את השמיים לצבע הזה.
ג'ון טינדל היה גם מגלה אפקט החממה בזכות הדמיית אווירת כדור הארץ במעבדה. המטרה הראשונית של ניסוי זה הייתה לחשב במדויק כמה אנרגיה סולארית הגיעה מכדור הארץ וכמה זה הקרין חזרה לחלל מפני כדור הארץ. כידוע, לא כל קרינת השמש שנופלת על הפלנטה שלנו נשארת. חלק ממנו מוסט על ידי עננים לפני שהוא מגיע לפני השטח. חלק אחר נספג בגזי חממה. לבסוף, פני כדור הארץ מפנים חלק מקרינת השמש האירוע בהתאם לאלבדו של כל סוג אדמה. לאחר הניסוי שטינדל ייצר בשנת 1859, הוא הצליח לגלות את אפקט החממה.
משתנים המשפיעים על אפקט Tyndall
כפי שהזכרנו קודם, אפקט Tyndall זה לא יותר מפיזור האור המתרחש כאשר קרן אור עוברת דרך קולואיד. קולואיד זה הוא חלקיקים תלויים בודדים שאחראים על פיזור והשתקפות ארוכה, והופכים אותם לגלויים. המשתנים המשפיעים על אפקט Tyndall הם תדירות האור וצפיפות החלקיקים. כמות הפיזור שניתן לראות בסוג זה של השפעה תלויה לחלוטין בערכי תדר האור ובצפיפות החלקיקים.
כמו בפיזור ריילי, אור כחול נוטה להתפזר חזק יותר מאור אדום מכיוון שיש להם אורך גל קצר יותר. דרך נוספת להסתכל עליו היא שיש אורך גל ארוך יותר שמועבר, ואילו קצר יותר משתקף על ידי הפיזור. המשתנה הנוסף שמשפיע הוא גודל החלקיקים. זה מה שמבדיל בין קולואיד לפיתרון אמיתי. כדי שתערובת תהיה מסוג קולואיד, החלקיקים שנמצאים בתלייה חייבים להיות בגודל משוער בטווח שבין 1-1000 ננומטר בקוטר.
בואו נראה כמה מהדוגמאות העיקריות שבהן נוכל להשתמש באפקט Tyndall:
- כאשר אנו מדליקים את אור העששית על כוס חלב אנו יכולים לראות את אפקט Tyndall. עדיף להשתמש בחלב רזה או לדלל את החלב במעט מים כדי שניתן יהיה לראות את השפעת החלקיקים הקולואידים בקרן האור.
- דוגמא נוספת היא של פיזור אור כחול וניתן לראות אותו בצבע כחול של עשן מאופנועים או מנועי דו פעימות.
- קרן הפנסים הגלויים בערפל יכולה להראות חלקיקי מים צפים.
- נעשה שימוש בהגדרות מסחריות ומעבדות על מנת לקבוע את גודל חלקיקי האירוסול.
אני מקווה שעם מידע זה תוכלו ללמוד עוד על אפקט Tyndall.