Opaleszent

Opal unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen

Opaleszenz wird die Farbigkeit mancher Stoffe genannt, die durch die Streuung und eventuell Interferenz des Lichts an kleinen Strukturen in dem Stoff hervorgerufen wird. Die die Streuung hervorrufenden Strukturen sind dabei kleiner als die Wellenlänge des Lichts. Damit unterscheidet sich dieser Effekt von dem Dichroismus, der eine Zweifarbigkeit in homogenen Kristallen beschreibt. In vielen trüben Medien tritt die Opaleszenz auf, die aber abhängig von der Partikelgröße in die nichtfarbige Opazität übergeht.

Opal

Beim Namensgeber dieses Effekts, dem Opal, werden diese Strukturen durch winzige Quarzkristalle gebildet, die bei regelmäßiger Anordnung ein lebhaftes Farbspiel durch die Interferenz zeigen. Der gleiche Effekt tritt in Ammolit oder Perlmutt auf.

Trübung

Meistens wird der Begriff aber zur Beschreibung einer besonderen Trübung in kolloidalen Dispersionen verwendet. Die dispergierten Teilchen sind hier ungeordnet, so dass keine Interferenzen wie beim Opal auftreten. Die Farbigkeit ergibt sich stattdessen aus der Streuung: Da die Partikel kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind, ist der Streumechanismus die wellenlängenabhängige Rayleigh-Streuung. Damit enthält das gestreute Licht einen höheren Blauanteil, das transmittierte Licht dementsprechend einen höheren Rotanteil. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die blaue Himmelsfarbe und die rötliche Sonne bei ihrem Untergang.

Übergang zur Opazität

Dabei gibt es jedoch auch einen fließenden Übergang zur Opazität: Wenn die Partikel größer als die Wellenlänge werden, wird die Rayleigh-Streuung durch die von der Wellenlänge unabhängige Mie-Streuung abgelöst. Dies führt dann dazu, dass das gestreute Licht auch mehr Rotanteile enthält, somit weißlicher wird. Insgesamt wird auch die Streuung schwächer. Damit macht sich die Farbigkeit immer weniger bemerkbar, bei reiner Opazität ist das Streulicht weiß. Dazu findet sich auch ein Beispiel in der Himmelsfarbe: Wenn viel Dunst in der Atmosphäre ist, kommen durch die Mie-Streuung weitere Weißanteile ins Streulicht. Damit wird die blaue Himmelsfarbe schwächer und weißlicher. Gleiches kann man in der Nähe des Horizonts beobachten, der ein wesentlich helleres Blau zeigt. Auch die Wolken sind deswegen weiß.

Beispiele

• Ein Experiment dazu lässt sich einfach durchführen: In ein Glas Wasser werden wenige Tropfen Milch gegeben, so dass das Wasser trübe wird. Das milchige Wasser erscheint im Auflicht bläulich, im Durchlicht rötlich. Mit einer kleinen Lichtquelle kann auch der Tyndall-Effekt demonstriert werden.
• Opaleszierende Medien sind Milchglas, Zahnschmelz, Rauch
• Beim Verdünnen von Anisschnäpsen tritt der Louche-Effekt auf, eine spontane Entmischung der Alkohol-Öl-Phase, die zu kleinen Anisöl-Tröpfchen im Wasser führt, welche die Opaleszenz zeigen.

Kritische Opaleszenz

Kritische Opaleszenz wird ein Phänomen genannt, das in Fluiden in der Nähe und am kritischen Punkt aufgrund von Dichtefluktuationen auftritt. Teile des Fluids wechseln dabei ständig zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand hin und her. Die erzeugten lokalen Schwankungen der Dichte bewegen sich in der Größenordnung des mittleren Molekülabstandes, also im Rahmen der Korrelationslänge. Nähert man sich dem kritischen Punkt, nimmt die Korrelationslänge beträchtlich zu. Die kritische Opaleszenz tritt genau dann auf, wenn die Korrelationslänge in die Größe der Wellenlänge des Lichtes kommt - denn dann kann das Licht an diesen Bereichen gestreut werden. Erreicht man den Bereich kritischer Opaleszenz, wird ergo zuerst das kurzwellige Licht gestreut; direkt am kritischen Punkt wird das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts gestreut und das Fluid erscheint schwarz.