يدرس كل من علم الفيزياء والكيمياء ظاهرة تساعد في تفسير سبب رؤية بعض الجسيمات في أوقات معينة. تُعرف هذه الظاهرة بتأثير تيندال، وهي ظاهرة فيزيائية درسها العالم الأيرلندي جون تيندال عام 1869. ومنذ ذلك الحين، استُخدمت هذه الدراسات في تطبيقات عديدة في مجالي الفيزياء والكيمياء. يدرس هذا التأثير جسيمات غير مرئية للعين المجردة، ولكنها تصبح غير مرئية في ظروف معينة لأنها تعكس الضوء أو تكسره.
في هذه المقالة سوف نخبرك بكل ما تحتاج لمعرفته حول تأثير تيندال وأهميته للفيزياء في الكيمياء.
ما هو تأثير تيندال
هذه ظاهرة فيزيائية تفسر كيف يمكن لبعض الجسيمات، سواء كانت مذابة في محلول أو داخل غاز، أن تصبح مرئية لقدرتها على عكس الضوء أو انكساره. للوهلة الأولى، تبدو هذه الجسيمات غير مرئية. إلا أن قدرتها على تشتيت الضوء أو امتصاصه بشكل مختلف تبعًا للوسط الذي توجد فيه، تُمكّننا من تمييزها. ويمكن رؤيتها إذا عُلّقت في محلول ومرّ شعاع ضوئي ساطع من خلالها عموديًا على خط نظر المُشاهد.
إذا لم يمر الضوء من خلال هذا السياق فلا يمكن رؤيتها. على سبيل المثال ، لفهمها بسهولة أكبر ، نتحدث عن جزيئات مثل بقع الغبار. عندما تدخل الشمس من النافذة بدرجة معينة من الميل يمكننا أن نرى بقع الغبار تطفو في الهواء. هذه الجسيمات غير مرئية بطريقة أخرى. لا يمكن رؤيتها إلا عندما يدخل ضوء الشمس غرفة بدرجة معينة من الميل وشدة معينة.
يُعرف هذا بتأثير تيندال. فبحسب زاوية رؤية المُشاهد، يُمكن رؤية جزيئات غير مرئية عادةً. ومن الأمثلة الأخرى التي تُوضح تأثير تيندال استخدام مصابيح السيارة الأمامية في الضباب. فالضوء الذي تُسلطه على الرطوبة يُتيح لنا رؤية جزيئات الماء العالقة، وإلا لما رأينا سوى الضباب نفسه.
الأهمية والمساهمات
في الفيزياء مثل تأثير Tyndall، هناك العديد من الوسائل لدراسات جيدة وأهمية كبيرة. نعم، هناك فضل لهذا التأثير الذي يمكن توضيحه لأن اللون أزرق. نعلم أن الضوء الذي ينشأ من الشمس هو لون أبيض. ومع ذلك، أثناء دخول الغلاف الجوي الأرضي، يختلط بجزيئات الغازات المختلفة التي يتكون منها. نسجل أن الغلاف الجوي للأرض يتكون في معظمه من جزيئات النيتروجين والأكسجين والأرجون بنسبة أقل. في أحد التركيزات الأقل بكثير، تتجمع الغازات المؤثرة بين ما يحتوي على ثاني أكسيد الكربون والميتانو وبخار الماء، فيما بين الآخرين.
عندما يصطدم الضوء الأبيض من الشمس بهذه الجسيمات العالقة، فإنه يتعرض لانكسارات مختلفة. يتسبب انكسار ضوء الشمس بواسطة جزيئات الأكسجين في النيتروجين في ظهور ألوان مختلفة. تعتمد هذه الألوان على الطول الموجي ودرجة الانكسار. أكثر الألوان انكسارًا هي البنفسجي والأزرق نظرًا لقصر أطوال موجاتهما. هذا ما يُعطي السماء لونها، وهو مشابه جدًا لما يحدث في تأثير رايلي.
اكتشف جون تيندال ظاهرة الاحتباس الحراري بفضل محاكاة للغلاف الجوي للأرض في المختبر. كان الهدف الأساسي من هذه التجربة هو حساب كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى الأرض بدقة، وكمية الطاقة التي تُشعّ عائدةً إلى الفضاء من سطح الأرض. وكما نعلم، لا يبقى كل الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى كوكبنا، إذ ينحرف جزء منه بفعل السحب قبل وصوله إلى السطح، بينما يمتص جزء آخر بواسطة غازات الاحتباس الحراري. وأخيرًا، يعكس سطح الأرض جزءًا من الإشعاع الشمسي الساقط تبعًا لمعامل انعكاس كل نوع من أنواع التربة. بعد التجربة التي أجراها تيندال عام ١٨٥٩، تمكن من اكتشاف ظاهرة الاحتباس الحراري.
المتغيرات التي تؤثر على تأثير تيندال
كما ذكرنا سابقًا، فإن تأثير تيندال هو ببساطة تشتت الضوء الذي يحدث عند مرور شعاع ضوئي عبر مادة غروانية. تتكون هذه المادة الغروانية من جزيئات معلقة منفردة تعمل على تشتيت الضوء وعكسه، مما يجعله مرئيًا. وتؤثر متغيرات تردد الضوء وكثافة الجزيئات على تأثير تيندال. وتعتمد كمية التشتت المرصودة كليًا على تردد الضوء وكثافة الجزيئات.
كما هو الحال مع تشتت رايلي ، يميل الضوء الأزرق إلى التشتت بقوة أكبر من الضوء الأحمر لأن طول موجته أقصر. هناك طريقة أخرى للنظر إليها وهي أن هناك طول موجي أطول يتم إرساله ، بينما ينعكس التشتت على الموجة الأقصر. المتغير الآخر الذي يؤثر هو حجم الجسيمات. هذا هو ما يميز الغرواني عن الحل الحقيقي. لكي يكون الخليط من النوع الغرواني ، يجب أن يكون للجسيمات المعلقة حجم تقريبي في نطاق يتراوح بين 1-1000 نانومتر في القطر.
دعنا نرى بعض الأمثلة الرئيسية حيث يمكننا استخدام تأثير Tyndall:
- عندما نشعل ضوء الفانوس على كوب من الحليب يمكننا أن نرى تأثير تيندال. من الأفضل استخدام الحليب الخالي من الدسم أو تخفيف الحليب بقليل من الماء بحيث يمكن رؤية تأثير الجزيئات الغروية في شعاع الضوء.
- ومثال آخر على ذلك هو تشتت الضوء الأزرق ويمكن رؤيته في اللون الأزرق لدخان الدراجات النارية أو محركات الشوطين.
- يمكن للشعاع المرئي من المصابيح الأمامية في الضباب أن يجعل جزيئات الماء العائمة مرئية.
- يستخدم هذا التأثير في الإعدادات التجارية والمخبرية من أجل تحديد حجم جسيمات الهباء الجوي.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن تأثير تيندال.