Efecto Tyndall

El efecto Tyndall es la dispersión de la luz por partículas en un coloide como una suspensión muy fina (un sol ). También conocido como dispersión de Tyndall , es similar a la dispersión de Rayleigh , en el sentido de que la intensidad de la luz dispersada es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda , por lo que la luz azul se dispersa mucho más fuertemente que la luz roja. Un ejemplo en la vida cotidiana es el color azul que a veces se ve en el humo emitido por las motocicletas , en particular las máquinas de dos tiempos donde el aceite de motor quemado proporciona estas partículas. ^[1] El mismo efecto también se puede observar con el humo del tabaco cuyas partículas finas también dispersan preferentemente la luz azul.

Bajo el efecto Tyndall, las longitudes de onda más largas se transmiten más, mientras que las longitudes de onda más cortas se reflejan de manera más difusa a través de la dispersión . ^[1] El efecto Tyndall se observa cuando la materia particulada que dispersa la luz se dispersa en un medio que de otro modo transmitiría luz, donde el diámetro de una partícula individual está en el rango de aproximadamente 40 a 900 nm , es decir, algo por debajo o cerca de las longitudes de onda de la luz visible (400–750 nm).

Es particularmente aplicable a mezclas coloidales; por ejemplo, el efecto Tyndall se utiliza en nefelómetros para determinar el tamaño y la densidad de partículas en aerosoles ^[1] y otras materias coloidales. La investigación del fenómeno condujo directamente a la invención del ultramicroscopio y la turbidimetría .

Recibe su nombre en honor al físico del siglo XIX John Tyndall , quien fue el primero en estudiar extensamente el fenómeno. ^[1]

Antes de descubrir este fenómeno, Tyndall era conocido principalmente por su trabajo sobre la absorción y emisión de calor radiante a nivel molecular. En sus investigaciones en ese campo, se había hecho necesario utilizar aire del que se habían eliminado todos los rastros de polvo flotante y otras partículas , y la mejor manera de detectar estas partículas era bañar el aire con luz intensa . ^[2] En la década de 1860, Tyndall realizó una serie de experimentos con luz, haciendo brillar rayos a través de varios gases y líquidos y registrando los resultados. Al hacerlo, Tyndall descubrió que al llenar gradualmente el tubo con humo y luego hacer brillar un rayo de luz a través de él, el rayo parecía ser azul desde los lados del tubo, pero rojo desde el otro extremo. ^[3] Esta observación le permitió a Tyndall proponer por primera vez el fenómeno que más tarde llevaría su nombre.

En 1902, Richard Adolf Zsigmondy (1865-1929) y Henry Siedentopf (1872-1940) desarrollaron el ultramicroscopio , trabajando para Carl Zeiss AG . La curiosidad sobre el efecto Tyndall los llevó a aplicar luz solar brillante para la iluminación y pudieron determinar el tamaño de las nanopartículas de oro de 4 nm que generan el color del vidrio de arándano . Este trabajo condujo directamente a que Zsigmondy ganara el Premio Nobel de Química . ^{[4] [5]}

La dispersión de Rayleigh se define mediante una fórmula matemática que requiere que las partículas que dispersan la luz sean mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz. ^[6] Para que una dispersión de partículas califique para la fórmula de Rayleigh, los tamaños de las partículas deben ser inferiores a aproximadamente 40 nanómetros (para la luz visible), ^{[ cita requerida ]} y las partículas pueden ser moléculas individuales. ^{[6] Las partículas} coloidales son más grandes y están en la proximidad aproximada del tamaño de una longitud de onda de la luz. La dispersión de Tyndall, es decir, la dispersión de partículas coloidales, ^[7] es mucho más intensa que la dispersión de Rayleigh debido a los mayores tamaños de partículas involucradas. ^{[ cita requerida ]} La importancia del factor de tamaño de partícula para la intensidad se puede ver en el gran exponente que tiene en la declaración matemática de la intensidad de la dispersión de Rayleigh. Si las partículas coloidales son esferoides , la dispersión de Tyndall se puede analizar matemáticamente en términos de la teoría de Mie , que admite tamaños de partículas en la proximidad aproximada de la longitud de onda de la luz. ^[6] La dispersión de luz por partículas de forma compleja se describe mediante el método de la matriz T. ^[8]

El color de los ojos azules se debe a la dispersión de luz de Tyndall por una capa translúcida de medio turbio en el iris que contiene numerosas partículas pequeñas de aproximadamente 0,6 micrómetros de diámetro. Estas partículas están finamente suspendidas dentro de la estructura fibrovascular del estroma o capa frontal del iris. ^[9] Algunos iris marrones tienen la misma capa, excepto que contiene más melanina . Cantidades moderadas de melanina dan lugar a ojos de color avellana, azul oscuro y verde.

En los ojos que contienen partículas y melanina, la melanina absorbe la luz. En ausencia de melanina, la capa es translúcida (es decir, la luz que pasa a través de ella se dispersa de forma aleatoria y difusa por las partículas) y una parte notable de la luz que entra en esta capa translúcida vuelve a emerger a través de una trayectoria radial dispersa. Es decir, hay retrodispersión , la redirección de las ondas de luz de vuelta al aire libre.

La dispersión se produce en mayor medida en longitudes de onda más cortas. Las longitudes de onda más largas tienden a atravesar directamente la capa translúcida con trayectorias inalteradas de luz amarilla y luego se encuentran con la siguiente capa más atrás en el iris, que es un absorbente de luz llamado epitelio o úvea que es de color marrón oscuro. El brillo o la intensidad de la luz azul dispersada por las partículas se debe a esta capa junto con el medio turbio de partículas dentro del estroma.

Por lo tanto, las longitudes de onda más largas no se reflejan (por dispersión) de vuelta al aire libre tanto como las longitudes de onda más cortas. Debido a que las longitudes de onda más cortas son las longitudes de onda azules, esto da lugar a un tono azul en la luz que sale del ojo. ^{[10] [11]} El iris azul es un ejemplo de un color estructural porque depende únicamente de la interferencia de la luz a través del medio turbio para generar el color.

Por lo tanto, los ojos azules y los ojos marrones son anatómicamente diferentes entre sí de una manera genéticamente no variable debido a la diferencia entre el medio turbio y la melanina. Ambos tipos de color de ojos pueden permanecer funcionalmente separados a pesar de estar "mezclados".

Cuando el cielo del día está nublado , la luz del sol pasa a través de la capa de turbidez de las nubes, lo que da como resultado una luz dispersa y difusa en el suelo ( rayo de sol ). Esto exhibe dispersión de Mie en lugar de dispersión de Tyndall porque las gotas de las nubes son más grandes que la longitud de onda de la luz y dispersan todos los colores aproximadamente por igual. ^{[ cita requerida ]} Cuando el cielo diurno está despejado , el color del cielo es azul debido a la dispersión de Rayleigh en lugar de la dispersión de Tyndall porque las partículas dispersantes son las moléculas del aire, que son mucho más pequeñas que las longitudes de onda de la luz visible. ^[12] De manera similar, el término efecto Tyndall se aplica incorrectamente a la dispersión de la luz por partículas de polvo macroscópicas grandes en el aire, ya que debido a su gran tamaño, no exhiben dispersión de Tyndall. ^[1]

• 
  Semáforo que dispersa la niebla ^[1]
• 
  El coloide de la derecha muestra el efecto Tyndall mientras que la solución no ^[1]
• 
  Polvo en el aire que muestra dispersión de Mie en lugar de dispersión de Tyndall
• 
  La trayectoria del láser desde el observatorio se hace visible debido al efecto Tyndall
• 
  Efecto Tyndall producido por el óculo situado en la cima de la cúpula del Panteón, Roma. El óculo es la única fuente de luz en el interior del Panteón.
• 
  La harina suspendida en agua parece azul, ya que solo la luz dispersa llega a los ojos y la luz azul es dispersada por las partículas de harina más que la luz roja ^[1].

• Dispersión de luz
• Transparencia y translucidez
• Ultramicroscopio