Berkas cahaya yang melalui air garam jernih biasanya sukar dilihat dari sisi, tetapi berkas yang melalui kabus atau sesetengah campuran koloid boleh kelihatan jelas. Perbezaan ini berlaku kerana zarah terdispersi menyerakkan sebahagian cahaya keluar daripada arah asalnya. Fenomena itu dikenali sebagai Kesan Tyndall.
Koloid berada antara larutan sejati dengan ampaian kasar
Dalam larutan sejati, molekul atau ion terlarut terlalu kecil untuk menghasilkan penyerakan cahaya tampak yang ketara dalam keadaan biasa. Dalam koloid, zarah terdispersi lebih besar dan boleh menyerakkan cahaya dengan cukup kuat sehingga laluan berkas dapat dikesan. Ampaian yang lebih kasar juga boleh menyerakkan atau menyekat cahaya, jadi berkas kelihatan bukan bukti tunggal bahawa sesuatu campuran ialah koloid.
Zarah koloid biasanya berukuran kira-kira 1 hingga 1000 nm, manakala cahaya tampak mempunyai panjang gelombang kira-kira 400 hingga 700 nm. Zarah yang saiznya setanding dengan panjang gelombang menyerakkan cahaya dengan jelas, manakala molekul dalam larutan sejati, yang biasanya lebih kecil daripada 1 nm, menyerakkan jauh lebih lemah. Julat saiz ini ialah panduan, bukan sempadan tajam.
Cahaya dipaksa berubah arah apabila bertemu zarah
Medan elektrik gelombang cahaya berinteraksi dengan bahan dalam zarah dan menghasilkan cahaya terhambur ke pelbagai arah. Keamatan penyerakan bergantung pada saiz zarah, panjang gelombang, beza indeks biasan antara zarah dengan medium dan kepekatan zarah. Oleh itu warna serta kecerahan cahaya terserak tidak mempunyai satu pola mudah yang sama bagi semua koloid.
Kabus, asap dan susu menunjukkan penyerakan yang mudah diperhatikan
Kabus mengandungi titisan air halus dalam udara, manakala asap mengandungi zarah pepejal atau titisan halus. Susu pula ialah emulsi kompleks yang mengandungi titisan lemak dan struktur lain dalam air. Dalam setiap contoh, zarah terdispersi boleh menyerakkan cahaya dan menjadikan laluan berkas atau rupa campuran lebih cerah daripada larutan sejati yang setara.
Contoh mudah: laser melalui air bercampur susu
Apabila pen laser disuluh melalui segelas air yang dititiskan beberapa titis susu, laluan berkas kelihatan jelas dari sisi kerana zarah lemak dan protein koloid dalam susu menyerakkan cahaya ke arah pemerhati. Dalam air jernih tanpa susu, berkas itu hampir tidak kelihatan. Kabus dan asap juga menyerakkan cahaya dan membuat berkas lampu kelihatan, tetapi titisan kabus lazimnya jauh lebih besar daripada zarah koloid biasa, jadi ia ialah fenomena penyerakan yang berkaitan dan bukan contoh Kesan Tyndall yang paling bersih.
Kesan Tyndall tidak sama dengan semua penyerakan atmosfera
Istilah Kesan Tyndall biasanya digunakan untuk penyerakan oleh zarah koloid. Langit biru pula terutama diterangkan oleh penyerakan Rayleigh daripada molekul udara yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya tampak. Bagi zarah yang saiznya setanding dengan panjang gelombang, tingkah laku penyerakan menjadi lebih kompleks dan tidak wajar diringkaskan dengan satu hukum warna sahaja.
Penyerakan boleh digunakan untuk mengesan dan mengukur zarah
Instrumen seperti nefelometer mengukur cahaya yang diserakkan pada sudut tertentu. Isyarat itu boleh digunakan untuk menganggar jumlah atau perubahan kepekatan zarah jika sifat zarah dan keadaan pengukuran diketahui. Namun bacaan tidak terus memberikan satu saiz unik kerana bentuk, indeks biasan dan taburan saiz zarah juga mempengaruhi penyerakan.
Sejarah ringkas
John Tyndall, ahli fizik Ireland, mengkaji penyerakan cahaya oleh zarah halus dalam gas dan cecair pada 1860-an dan menunjukkan bahawa berkas cahaya menjadi kelihatan apabila melalui udara yang mengandungi zarah halus. Namanya kemudian digunakan untuk kesan penyerakan oleh zarah koloid.
Bagaimana kita mengetahui hal ini?
Mengapakah laluan berkas cahaya boleh kelihatan dalam koloid?