Effetto Tyndall
Effetto Tyndall: definizione e spiegazione
L'effetto Tyndall è un fenomeno che riguarda i colloidi.
Quando un raggio di luce viene fatto passare attraverso un liquido puro o una soluzione vera, il suo percorso non è visibile lateralmente perché le particelle in soluzione sono troppo piccole per disperdere la luce.
Nei sistemi colloidali, invece, le particelle sono di dimensione abbastanza grande da disperdere la luce per cui, quando un raggio di luce le colpisce, un osservatore posto lateralmente può osservarne il percorso.
Effetto Tyndall.
Ultramicroscopio ed effetto Tyndall
L'ultramicroscopio è costituito da un normale microscopio nel quale il preparato è illuminato non parallelamente all'asse ottico dello strumento ma trasversalmente, in modo che nessun raggio di luce giunga sull'obiettivo direttamente dalla sorgente.
Se in queste condizioni si osserva un liquido puro o una soluzione, il campo microscopico appare nero perché nessun raggio diretto o riflesso colpisce l'obiettivo; le molecole che costituiscono la soluzione sono infatti invisibili perché hanno dimensioni tanto piccole (< 2 nm) da essere trascurabili rispetto alle lunghezze d'onda della luce visibile (400 ÷ 800 nm).
Se invece si osserva una dispersione colloidale, ciascuna particella dispersa riflette in tutte le direzioni la luce che giunge ad essa trasversalmente e sul fondo nero del campo microscopico appaiono dei punti luminosi.
Pertanto, l'ultramicroscopio non fa vedere le particelle colloidali ma ne denuncia soltanto la presenza (per vedere le particelle colloidali occorre servirsi del microscopio elettronico).
In soluzioni colloidali contenenti molte particelle per unità di volume, l'effetto di dispersione della luce operato dalle particelle stesse diventa visibile ad occhio nudo; un raggio di luce che attraversa una sospensione colloidale (sol, fumo) dà luogo ad una luminosità diffusa sul suo cammino, chiaramente visibile (effetto Tyndall).
L'effetto Tyndall ci permette di avere informazioni sulle dimensioni e sulla forma delle particelle.
In particolare si è calcolato sperimentalmente che in una soluzione vera le particelle disperse hanno un diametro che non supera i 2 nm (nanometri), mentre nei sistemi colloidali il diametro è compreso tra i 10 e i 1000 nm.
Ulteriori approfondimenti sull'effetto Tyndall
Come già detto, l'effetto Tyndall, che prende nome dal primo ricercatore che se ne occupò, è un caso particolare di diffusione della radiazione luminosa.
Esso si manifesta lungo il cammino di un raggio luminoso durante il suo passaggio attraverso un mezzo in cui vi siano discontinuità: ad esempio, nel passaggio attraverso una soluzione colloidale; il cammino luminoso del fascio così prodotto viene detto 'cono di Tyndall'.
Nei sistemi colloidali la brillantezza del cono dipende dalla differenza tra l'indice di rifrazione delle particelle e del mezzo; nelle sospensioni acquose d'oro, ad esempio, in cui tale differenza è assai alta, si osservano intensi coni di Tyndall.
Per sistemi di particelle aventi diametro minore di un ventesimo della lunghezza d'onda della radiazione luminosa incidente, la radiazione diffusa da un fascio policromatico ha colore prevalentemente azzurro ed è parzialmente polarizzata (esempi comuni sono il colore azzurrino del fumo di tabacco e il colore del cielo).
La radiazione trasmessa invece è prevalentemente rossa, e a ciò sono dovute le colorazioni caratteristiche dell'aurora e del tramonto, del Sole e della Luna al sorgere e al calare.
Quando il volume delle particelle aumenta, scompare il colore azzurro della radiazione diffusa e la stessa sembra bianca, giacché alla diffusione subentra un normale processo di riflessione sulla superficie delle particelle.
Anche in questo caso la radiazione diffusa è polarizzata: se la si analizza attraverso un prisma di Nicol orientato in modo da estinguere la radiazione polarizzata nel piano contenente il raggio incidente e quello diffuso, appare di nuovo il colore azzurro con una brillanza maggiore. Questo fenomeno viene detto azzurro residuo e la sua intensità è inversamente proporzionale all'ottava potenza della lunghezza d'onda.
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