破解“丁達爾現象”消失之謎

　　因為對教科書中內容“存疑”，東城區景山學校高三學生劉雨鑫探究起了“丁達爾現象”，並憑借《金溶膠的丁達爾現象探究》項目在今年舉行的第28屆全國青少年科技創新大賽上摘得桂冠，劉雨鑫的這個探索改進了中學課堂實驗演示，目前她的新型實驗設備已入駐中國科技館進行科普展示。

　　一束光線透過膠體，從入射光的垂直方向可以觀察到膠體裡出現的一條光亮的“通路”，這種現象被稱為丁達爾現象，1869年由英國物理學家約翰·丁達爾率先發現的這種現象在日常生活中隨處可見，比如人們常說的“萬縷陽光洒向大地”，這裡的“萬縷陽光”就是丁達爾現象﹔當我們漫步在林間小道，抬頭仰望天空，看到陽光透過樹葉的孔隙傾瀉而下，一束束打在人們身上，宛如仙境般迷人，這也是丁達爾現象，在中學的教科上，丁達爾現象是用來區分膠體和溶液的物理方法。

　　我的發現：“丁達爾現象”消失了

　　在初三的一次化學課上，我第一次接觸“丁達爾現象”這個新名詞，當時老師只是告訴我們丁達爾現象是區分膠體和溶液的一種手段。但我總覺得丁達爾效應的產生應該是有條件的，比如當我用一束白光照射牛奶時，就不會有很明顯的丁達爾現象。我的問題一直沒有得到解答，直到后來我有機會走進實驗室。

　　因我一直對化學非常感興趣，經過層層選拔，我作為北京青少年科技俱樂部的一員，獲得了進入高校學習的寶貴機會，去年3月我進入北京服裝學院應用化學實驗室學習。一次，老師在進行納米金的染色研究，我很好奇地拿起手邊能發射綠色光線的激光筆照向品紅色的納米金溶膠，驚奇地發現，透過玻璃杯並沒有看到丁達爾現象特有的“光路”，“老師，為什麼會和課本上說的不一樣？”我問實驗室的老師，但老師只是笑笑，鼓勵我說：“試著自己找到原因吧！”老師的這句話激發了我的斗志，於是我開始研究“丁達爾現象”消失之謎。

　　我的研究：互補色溶膠會吸收光線

　　確定了研究課題后，我搜索並閱讀了大量文獻，整理出近年來與納米材料或者納米金相關的學習資料，篩選出對我課題有幫助的要點摘抄在實驗記錄本上，到實驗室與老師、學長探討，和老師多次討論后，我決定自己動手制作納米金溶膠，老師為我提供了標准光源及紅、黃、藍、綠四個將白光轉變為其他顏色光的濾光片。

　　首先，我通過化學反應制備出納米金溶膠。接著我用標准光源及四色濾光片演示丁達爾效應，觀察實驗現象並記錄。

　　為了找到綠色光路消失的原因，我從色彩學入手，觀察到納米金溶膠呈品紅色，而照射光源呈綠色，我不自覺地想到了繪畫時用到的互補色原理，橙色和藍色、紅色和綠色，這些就是我們生活中常見的互補色。進一步研究，我對比了納米金的可見光吸收光譜及人眼可見波長范圍圖，發現品紅色納米金溶膠吸收的正是我們可以看到的綠光，而在光學裡，納米金的品紅色與綠色互為補色，在一定程度上會相互吸收。因此，我基於本實驗結果做出猜想：膠體丁達爾現象的實驗現象受照射光源影響，且在膠體與入射光源顏色互為互補色時，丁達爾現象因色光被膠體吸收而消失。

　　為進一步驗証猜想，我又對橙黃色的納米銀、紅褐色的氫氧化鐵膠體進行了相同的實驗，當我用橙黃色的補色——藍色激光筆照射納米銀溶膠，用綠色激光筆照射氫氧化鐵膠體時，丁達爾現象同樣消失了，這說明我的猜想是正確的。

　　我的實踐：成果入駐中國科技館

　　經過實驗分析，我終於找到了丁達爾現象消失之謎：互補色的光線通過溶膠時，在很大程度上被溶膠吸收了，丁達爾現象的那條光亮“光束”，是由於膠體粒子對光線散射形成的，綠色是紅色的補色，藍色是橙色的補色，一旦光線被吸收，人們自然就看不到光線散射的通道。

　　明白了其中的道理后，我並沒有停下探索的步伐，我希望把自己制作的丁達爾效應演示器運用到中學課堂教學中去。

　　當前中學化學教學中演示丁達爾現象時，所使用的還是顏色單一的紅色激光筆和容易出現沉澱的氫氧化鐵膠體，若採用我在實驗中所用的納米金溶膠、標准光源及濾光鏡可以更直觀全面地展示丁達爾現象。對於老師而言，穩定的納米金溶膠可長時間使用不變質，每次為學生進行演示實驗前不用提前制作，節省了時間。課堂演示中操作方便，且現象變化明顯，把單一的紅色激光筆變換為繽紛的多色光實驗，使得實驗現象更鮮艷更有魅力，能提高學生的學習興趣，幫助他們在理解課本知識之余，理解丁達爾現象產生的根本原因及其影響因素，有利於培養學生的嚴謹性及創新性思維。

　　在查找資料后，我將互補色原理與丁達爾效應的應用拓寬到所有有色膠體，著手設計了“新一代丁達爾效應演示器”，並加工成實物放在學校供教學使用。讓我興奮的是，我所在實驗團隊制作的納米金、納米銀溶膠已於10月13日正式入駐中國科技館，用於丁達爾現象的演示實驗，這不僅是對我實驗結果的肯定，也是將實驗結果走出實驗室、讓更多的人分享科研魅力的嘗試，現在我自主設計的丁達爾效應演示器正在申請專利。

　　我的收獲：科學需要嚴謹和勇氣

　　我自幼喜歡動手實驗，但家裡和學校的實驗室條件有限，且我問的奇怪問題很少有人能回答。但在大學實驗室裡，我可以提出很多問題，並且在導師的引導下自己去查閱資料、自主實驗將它解決，這次研究讓我的動手能力得到加強，鍛煉了我從大量資料中篩選有用信息的能力，還培養了我敢於提出獨特見解，並否定自己觀點的勇氣。

　　這次機會還讓我了解了大學的科研生活。使我明白，科學需要嚴謹，要尊重實驗中每一個細節。我的指導老師肯定我的獨特見解，不隨便否認每一個與真理不同的意見，他還要求我稱量必須精確到0.001克，從中我看到了老師嚴謹的治學態度，這些都使我在日后的學習中受益。 記者 蔡文清 文並圖