中学 · 10分
チンダル現象:溶液かコロイドか
細い光線を水とコロイドゾルに当てる。光の筋が見えるのはコロイドだけ。粒径 1 nm〜1 μm を調べる古典的試験。
目的
真溶液・コロイド・懸濁液を散乱挙動で区別し、円錐の広がりを粒径と結び付ける。
器具と試薬
レーザーポインターまたは細い光源、蒸留水のコップ、デンプンまたはゼラチンのゾル、水で薄めた牛乳、暗い背景。
手順
- 最小の粒子設定から始める。光線はほとんど見えない。これが真溶液。
- 粒子径をコロイド領域まで上げ、横から見える輝く円錐を観察する。
- 懸濁液の粒径に近づけると円錐はさらに広がり、媒質は濁って見える。
- 霧・牛乳・食塩水・ペンキを溶液–コロイド–懸濁液のスケールに分類する。
観察すること
- コロイドでは粒子が光を全方向に散乱するため、横から見ると光の筋が輝く。真溶液では筋は暗いまま。
- 粒子が大きいほど散乱は強く、円錐は広く明るくなり、試料は乳白に見える。
解説
波長よりずっと小さい粒子はほとんど散乱しない(レイリー散乱、~)ので、溶けた分子では光の筋は見えない。1 nm〜1 μm のコロイド粒子は筋を見せるほど散乱する(チンダル現象)一方、ブラウン運動で沈まず分散し続ける大きさである。
実験の歴史
ジョン・チンダルは 1860 年代に空が青い理由の研究中にこの現象を記述した。後にリヒャルト・チグモンディが同じ散乱原理で造った限外顕微鏡でコロイド粒子を数えた(1925 年ノーベル賞)。
ゆかりの化学者
関連トピック
バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。