破解“丁达尔现象”消失之谜

　　因为对教科书中内容“存疑”，东城区景山学校高三学生刘雨鑫探究起了“丁达尔现象”，并凭借《金溶胶的丁达尔现象探究》项目在今年举行的第28届全国青少年科技创新大赛上摘得桂冠，刘雨鑫的这个探索改进了中学课堂实验演示，目前她的新型实验设备已入驻中国科技馆进行科普展示。

　　一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”，这种现象被称为丁达尔现象，1869年由英国物理学家约翰·丁达尔率先发现的这种现象在日常生活中随处可见，比如人们常说的“万缕阳光洒向大地”，这里的“万缕阳光”就是丁达尔现象；当我们漫步在林间小道，抬头仰望天空，看到阳光透过树叶的孔隙倾泻而下，一束束打在人们身上，宛如仙境般迷人，这也是丁达尔现象，在中学的教科上，丁达尔现象是用来区分胶体和溶液的物理方法。

　　我的发现：“丁达尔现象”消失了

　　在初三的一次化学课上，我第一次接触“丁达尔现象”这个新名词，当时老师只是告诉我们丁达尔现象是区分胶体和溶液的一种手段。但我总觉得丁达尔效应的产生应该是有条件的，比如当我用一束白光照射牛奶时，就不会有很明显的丁达尔现象。我的问题一直没有得到解答，直到后来我有机会走进实验室。

　　因我一直对化学非常感兴趣，经过层层选拔，我作为北京青少年科技俱乐部的一员，获得了进入高校学习的宝贵机会，去年3月我进入北京服装学院应用化学实验室学习。一次，老师在进行纳米金的染色研究，我很好奇地拿起手边能发射绿色光线的激光笔照向品红色的纳米金溶胶，惊奇地发现，透过玻璃杯并没有看到丁达尔现象特有的“光路”，“老师，为什么会和课本上说的不一样？”我问实验室的老师，但老师只是笑笑，鼓励我说：“试着自己找到原因吧！”老师的这句话激发了我的斗志，于是我开始研究“丁达尔现象”消失之谜。

　　我的研究：互补色溶胶会吸收光线

　　确定了研究课题后，我搜索并阅读了大量文献，整理出近年来与纳米材料或者纳米金相关的学习资料，筛选出对我课题有帮助的要点摘抄在实验记录本上，到实验室与老师、学长探讨，和老师多次讨论后，我决定自己动手制作纳米金溶胶，老师为我提供了标准光源及红、黄、蓝、绿四个将白光转变为其他颜色光的滤光片。

　　首先，我通过化学反应制备出纳米金溶胶。接着我用标准光源及四色滤光片演示丁达尔效应，观察实验现象并记录。

　　为了找到绿色光路消失的原因，我从色彩学入手，观察到纳米金溶胶呈品红色，而照射光源呈绿色，我不自觉地想到了绘画时用到的互补色原理，橙色和蓝色、红色和绿色，这些就是我们生活中常见的互补色。进一步研究，我对比了纳米金的可见光吸收光谱及人眼可见波长范围图，发现品红色纳米金溶胶吸收的正是我们可以看到的绿光，而在光学里，纳米金的品红色与绿色互为补色，在一定程度上会相互吸收。因此，我基于本实验结果做出猜想：胶体丁达尔现象的实验现象受照射光源影响，且在胶体与入射光源颜色互为互补色时，丁达尔现象因色光被胶体吸收而消失。

　　为进一步验证猜想，我又对橙黄色的纳米银、红褐色的氢氧化铁胶体进行了相同的实验，当我用橙黄色的补色——蓝色激光笔照射纳米银溶胶，用绿色激光笔照射氢氧化铁胶体时，丁达尔现象同样消失了，这说明我的猜想是正确的。

　　我的实践：成果入驻中国科技馆

　　经过实验分析，我终于找到了丁达尔现象消失之谜：互补色的光线通过溶胶时，在很大程度上被溶胶吸收了，丁达尔现象的那条光亮“光束”，是由于胶体粒子对光线散射形成的，绿色是红色的补色，蓝色是橙色的补色，一旦光线被吸收，人们自然就看不到光线散射的通道。

　　明白了其中的道理后，我并没有停下探索的步伐，我希望把自己制作的丁达尔效应演示器运用到中学课堂教学中去。

　　当前中学化学教学中演示丁达尔现象时，所使用的还是颜色单一的红色激光笔和容易出现沉淀的氢氧化铁胶体，若采用我在实验中所用的纳米金溶胶、标准光源及滤光镜可以更直观全面地展示丁达尔现象。对于老师而言，稳定的纳米金溶胶可长时间使用不变质，每次为学生进行演示实验前不用提前制作，节省了时间。课堂演示中操作方便，且现象变化明显，把单一的红色激光笔变换为缤纷的多色光实验，使得实验现象更鲜艳更有魅力，能提高学生的学习兴趣，帮助他们在理解课本知识之余，理解丁达尔现象产生的根本原因及其影响因素，有利于培养学生的严谨性及创新性思维。

　　在查找资料后，我将互补色原理与丁达尔效应的应用拓宽到所有有色胶体，着手设计了“新一代丁达尔效应演示器”，并加工成实物放在学校供教学使用。让我兴奋的是，我所在实验团队制作的纳米金、纳米银溶胶已于10月13日正式入驻中国科技馆，用于丁达尔现象的演示实验，这不仅是对我实验结果的肯定，也是将实验结果走出实验室、让更多的人分享科研魅力的尝试，现在我自主设计的丁达尔效应演示器正在申请专利。

　　我的收获：科学需要严谨和勇气

　　我自幼喜欢动手实验，但家里和学校的实验室条件有限，且我问的奇怪问题很少有人能回答。但在大学实验室里，我可以提出很多问题，并且在导师的引导下自己去查阅资料、自主实验将它解决，这次研究让我的动手能力得到加强，锻炼了我从大量资料中筛选有用信息的能力，还培养了我敢于提出独特见解，并否定自己观点的勇气。

　　这次机会还让我了解了大学的科研生活。使我明白，科学需要严谨，要尊重实验中每一个细节。我的指导老师肯定我的独特见解，不随便否认每一个与真理不同的意见，他还要求我称量必须精确到0.001克，从中我看到了老师严谨的治学态度，这些都使我在日后的学习中受益。 记者 蔡文清 文并图