El efecto Tyndall es la dispersión de la luz por partículas en un coloide , como una suspensión muy fina (un sol ). También conocida como dispersión de Tyndall , es similar a la dispersión de Rayleigh , en 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 con mucha más fuerza que la luz roja. Un ejemplo en la vida cotidiana es el color azul que a veces se observa en el humo que emiten las motocicletas , en particular las de dos tiempos, donde el aceite de motor quemado proporciona estas partículas. [1] El mismo efecto se puede observar también 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 mediante dispersión . [1] El efecto Tyndall se observa cuando las partículas que dispersan la luz se dispersan 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 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 .
Lleva el nombre del físico del siglo XIX John Tyndall , quien fue el primero en estudiar exhaustivamente el fenómeno. [1]
Antes de descubrir el fenómeno, Tyndall era conocido principalmente por su trabajo sobre la absorción y emisión de calor radiante a nivel molecular. En sus investigaciones en esa zona, 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 una luz intensa . [2] En la década de 1860, Tyndall realizó una serie de experimentos con luz, haciendo brillar haces 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 pasar un rayo de luz a través de él, el rayo parecía azul desde los lados del tubo pero rojo desde el otro extremo. [3] Esta observación 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), que trabajaban para Carl Zeiss AG , desarrollaron el ultramicroscopio . La curiosidad sobre el efecto Tyndall los llevó a aplicar luz solar brillante como iluminación y pudieron determinar el tamaño de pequeñas nanopartículas de oro de 4 nm que generan el color del vidrio de arándano . Este trabajo condujo directamente al Premio Nobel de Química de Zsigmondy . [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 partículas deben ser inferiores a aproximadamente 40 nanómetros (para luz visible), [ cita necesaria ] y las partículas pueden ser moléculas individuales. [6] Las partículas coloidales son más grandes y se encuentran aproximadamente en la vecindad del tamaño de una longitud de onda de luz. La dispersión Tyndall, es decir, la dispersión de partículas coloidales, [7] es mucho más intensa que la dispersión Rayleigh debido al mayor tamaño de las partículas involucradas. [ cita necesaria ] 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 las proximidades de la longitud de onda de la luz. [6] La dispersión de la 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 Tyndall de la luz por una capa translúcida de medios turbios 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 contienen más melanina . Cantidades moderadas de melanina producen ojos 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 la atraviesa es dispersada aleatoria y difusamente por las partículas) y una porción notable de la luz que ingresa a esta capa translúcida reaparece a través de una trayectoria radial dispersa. Es decir, hay retrodispersión , la redirección de las ondas de luz hacia el aire libre.
La dispersión se produce en mayor medida en longitudes de onda más cortas. Las longitudes de onda más largas tienden a pasar directamente a través de la capa translúcida con trayectorias inalteradas de luz amarilla, y luego encuentran la siguiente capa más atrás en el iris, que es un absorbente de luz llamado epitelio o úvea que es de color negro parduzco. El brillo o intensidad de la luz azul dispersada por las partículas se debe a esta capa junto con el medio turbio de las partículas dentro del estroma.
Por lo tanto, las longitudes de onda más largas no se reflejan (por dispersión) hacia el 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 color estructural porque se basa únicamente en la interferencia de la luz a través del medio turbio para generar el color.
Los ojos azules y los ojos marrones, por lo tanto, son anatómicamente diferentes entre sí de una manera genéticamente invariable debido a la diferencia entre medios turbios y 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 atraviesa la capa de turbidez de las nubes, lo que produce una luz dispersa y difusa en el suelo ( rayo de sol ). Esto muestra la dispersión de Mie en lugar de la 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 necesaria ] 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 que se dispersan son las moléculas de 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 grandes y macroscópicas de polvo en el aire, ya que debido a su gran tamaño, no exhiben dispersión Tyndall. [1]
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![La harina suspendida en agua parece ser azul ya que solo la luz dispersa llega a los ojos y las partículas de harina dispersan la luz azul más que la luz roja [1]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/dd/WaterAndFlourSuspensionLiquid.jpg/1280px-WaterAndFlourSuspensionLiquid.jpg)