ティンダール効果のしくみ

晴れた日の昼間は青空だが、夕日が沈むとオレンジ色に輝く。

晴れた日の夕方、海辺に行くと、まだ青空が残っているのに、夕陽が沈むあたりから黄色やオレンジ、赤などの色に染まっていくのがわかる。

自然はどうしてこのような巧妙な魔法をかけ、私たちの目を欺くことができるのだろうかと考えたことはありませんか？この現象は、「ティンダール効果」によるものです。

この記事では

1. ティンダル効果とは
2. ティンダール効果のしくみ
3. ティンダール効果の例

ティンダール効果とは

ティンダール効果とは、簡単に言うと、溶液中のコロイド粒子による光の散乱のことです。

この現象をよりよく理解するために、コロイド粒子とは何かについて説明しましょう。

コロイド粒子は1～200 nmの大きさの範囲に存在します。

この粒子は別の分散媒に分散しており、分散相と呼ばれます。

コロイド粒子は通常、分子または分子の凝集体です。

これらは、必要な時間があれば2つの相に分離することができるため、準安定相とみなされます。

以下にコロイド系の例を示します。

(コロイドについて詳しくはこちらをご覧ください。

ティンダール効果の仕組み

小さなコロイド粒子は、光を散乱させる性質を持っています。

コロイド系に光線を通すと、光は粒子に衝突して散乱します。

この光の散乱により、可視光線が発生します。

この違いは、コロイド系と溶液に同じ光線を通すとよくわかります。

1nm以下の粒子を含む溶液に光を通すと、光は直接溶液を通り抜けます。

そのため、光の経路を見ることはできません。

このような溶液を真性溶液と呼びます。

一方、真性溶液は、コロイド粒子が光を散乱させ、光の経路がはっきりと見える。

: 図1: オパールセントガラスにおけるティンダル効果

ティンダール効果が起こるためには、2つの条件を満たす必要がある。

• 使用する光ビームの波長が、散乱する粒子の直径よりも大きいこと。
• 分散相と分散媒の屈折率に大きな差があること。

コロイド系は、これらの要因から真の溶液と区別することができる。

真の溶液は溶質粒子が非常に小さく、溶媒と区別がつかないため、上記の条件を満たさない。

溶質粒子の直径や屈折率は極めて小さいため、光を散乱させることができない。

このような現象は、ジョン・ティンダルによって発見され、ティンダル効果と呼ばれるようになった。

これは、私たちが日常的に目にする多くの自然現象に当てはまります。

ティンダル効果の例

ティンダール効果を説明する最も一般的な例は、空です。

ご存知のように、大気中には何十億という小さな粒子が存在しています。

その中には、無数のコロイド粒子も含まれています。

太陽からの光は、大気を通過して地球に到達する。

白色光は、7つの色に対応するさまざまな波長で構成されています。

赤、橙、黄、緑、青、藍、紫の7色です。

これらの色のうち、青の波長は他の色よりも散乱能が高い。

晴れた日に光が大気中を進むと、青色に対応する波長が散乱されます。

そのため、私たちは青空を見ることができます。

しかし、夕暮れ時には、太陽光は大気中を最大長で移動しなければならない。

青い光の散乱が激しくなるため、地球に到達した太陽光には、赤い光に相当する波長が多く含まれるようになります。

そのため、夕日を中心に赤みがかったオレンジ色の影が見える。

図2: ティンダル効果の例 – 夕焼けの空

霧の中を自動車が走行するとき、ヘッドライトは晴天時のように長い距離を走ることはできません。

これは、霧の中にはコロイド粒子が含まれており、車のヘッドライトから発せられる光が散乱し、光が遠くまで届かないからです。

彗星の尾が明るいオレンジ色に見えるのは、彗星の通り道に残っているコロイド粒子によって光が散乱されるからです。

このように、ティンダール効果は私たちの身の回りにたくさんあることがわかります。

今度から、光が散乱する現象を見たら、それはティンダール効果であり、コロイドが関与していることを知ることができるのです。

1. Jprateik. “ティンダル効果: 散乱のトリック” トプル・バイト. N.p., 18 Jan. 2017. Web. 13 Feb. 2017.
2. “ティンダル効果”. ケミストリーLibreTexts. Libretexts, 21 July 2016. Web. 2017年2月13日付。

1. “8101” (パブリックドメイン) via Pexels
2. “Why is the sky blue” By optick -(CC BY-SA 2.0) via Commons Wikimedia