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 , ya 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 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 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 la 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 sustancias coloidales. La investigación de este fenómeno condujo directamente a la invención del ultramicroscopio y la turbidimetría .

Recibe su nombre del físico del siglo XIX John Tyndall , quien fue el primero en estudiar el fenómeno en profundidad. ^{[ 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 área, se hizo necesario utilizar aire del que se habían eliminado todos los rastros de polvo en suspensión 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 varios experimentos con luz, haciendo pasar haces a través de diversos gases y líquidos y registrando los resultados. Al hacerlo, Tyndall descubrió que al llenar gradualmente el tubo con humo y luego hacer pasar un haz de luz a través de él, el haz parecía ser azul desde los lados del tubo pero rojo desde el extremo opuesto. ^{[ 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), quienes trabajaban para Carl Zeiss AG , desarrollaron el ultramicroscopio . Su curiosidad por el efecto Tyndall los llevó a utilizar luz solar intensa para la iluminación, lo que les permitió determinar el tamaño de nanopartículas de oro de 4 nm que generan el color rojo arándano del vidrio . Este trabajo le valió a Zsigmondy el Premio Nobel de Química . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

El color de los ojos azules se debe a la dispersión de la luz por el efecto Tyndall en 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 anterior del iris. ^{[ 6 ]} Algunos iris marrones tienen la misma capa, pero con mayor cantidad de melanina . Cantidades moderadas de melanina dan lugar a ojos color avellana, azul oscuro y verde.

En los ojos que contienen tanto partículas como melanina, esta última actúa como un importante medio absorbente, absorbiendo eficazmente la luz incidente dentro de la capa y reduciendo así significativamente tanto la reflexión como la dispersión de la luz. En ausencia de melanina, la capa es translúcida ; la luz incidente ya no se absorbe lo suficiente, sino que interactúa principalmente con las partículas microscópicas dentro del medio, lo que resulta en una dispersión difusa aleatoria y distribuida isotrópicamente. En estas condiciones, una porción notable de la luz que entra en esta capa translúcida reaparece a través de una trayectoria de dispersión radial. Es decir, se produce retrodispersión , la redirección de las ondas de luz de vuelta al aire libre.

La dispersión se produce en mayor medida a longitudes de onda más cortas. Las longitudes de onda más largas tienden a atravesar directamente la capa translúcida, dejando la luz amarilla sin alteraciones, y luego encuentran la siguiente capa, más atrás en el iris, que es un absorbente de luz llamado epitelio o úvea , 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) hacia el aire libre tanto como las longitudes de onda más cortas. Dado 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. ^{[ 7 ] [ 8 ]} El iris azul es un ejemplo de 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 los medios turbios y la melanina. Ambos tipos de color de ojos pueden permanecer funcionalmente separados a pesar de estar "mezclados".

Cuando el cielo está nublado , la luz solar atraviesa la capa de turbidez de las nubes, lo que produce una luz dispersa y difusa en el suelo ( rayo de sol ). Esto se conoce como dispersión de Mie en lugar de dispersión de Tyndall, ya que las gotitas de las nubes son más grandes que la longitud de onda de la luz y dispersan todos los colores de forma aproximadamente igual. 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 presentan dispersión de Tyndall. ^{[ 1 ]}

Cuando el cielo diurno está despejado , su color es azul debido a la dispersión de Rayleigh en lugar de la dispersión de Tyndall. Los principales agentes de dispersión en la atmósfera son las moléculas de aire, como el nitrógeno y el oxígeno, y las dimensiones características de estas moléculas son mucho menores que las longitudes de onda de la luz visible, lo que satisface las condiciones bajo las cuales se aplica la dispersión de Rayleigh. ^{[ 9 ]}

Otra manifestación de la dispersión de Tyndall se observa en los colores azules del agua de deshielo glaciar, debido a que las partículas en suspensión dispersan preferentemente las longitudes de onda más cortas del espectro visible, mientras que absorben las más largas. La harina de roca de color blanco lechoso , combinada con el tinte azulado causado por el efecto Tyndall, produce el característico color azul turquesa que se observa a menudo en los arroyos de agua de deshielo. El tono real de azul estará determinado, en última instancia, por la abundancia relativa de partículas capaces de producir dispersión de Tyndall en todo el rango de tamaños de partículas suspendidas en el agua de deshielo (véase la tabla a continuación).

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  Semáforo con niebla dispersa ^{[ 1 ]}
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  El coloide de la derecha muestra el efecto Tyndall, mientras que la solución no ^{[ 1 ].}
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  Polvo en el aire que presenta dispersión de Mie en lugar de dispersión de Tyndall.
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  La trayectoria del láser desde el observatorio se hace visible debido al efecto Tyndall.
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  Efecto Tyndall producido por el óculo en la parte superior de la cúpula del Panteón, Roma. El óculo es la única fuente de luz dentro del Panteón.
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  La harina suspendida en agua parece ser 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 la luz
• Transparencia y translucidez
• Ultramicroscopio