ПОГЛИНАННЯ: ЩО ЦЕ, ПРИКЛАДИ ТА РОЗВ’ЯЗАНІ ВПРАВИ - ФІЗИЧНІ - 2024

Абсорбція є логарифмом з негативним знаком фактор між інтенсивністю світла Емерджентні і інтенсивності падаючого світла на зразку напівпрозорого розчину , який був освітлюється монохроматичним світлом. Цей коефіцієнт - коефіцієнт пропускання.

Фізичний процес світла, що проходить через зразок, називається пропусканням світла, а поглинання - його мірою. Отже, абсорбція стає найменшим логарифмом пропускання і є важливими даними для визначення концентрації зразка, який зазвичай розчиняється в розчиннику, такому як вода, спирт або будь-який інший.

Малюнок 1. Діаграма процесу поглинання. Підготував Ф. Сапата

Для вимірювання поглинання потрібен прилад, який називається електрофотометром, за допомогою якого вимірюється струм, пропорційний інтенсивності світла, що падає на його поверхню.

При обчисленні пропускання сигнал спочатку інтенсивності, що відповідає тільки розчиннику, зазвичай вимірюється спочатку, і цей результат записується як Іо.

Потім розчинений зразок поміщають у розчинник при тих же умовах освітлення. Сигнал, виміряний електрофотометром, позначається як I, що дозволяє обчислювати коефіцієнт пропускання T за такою формулою:

T = I / I або

Це безрозмірна величина. Таким чином, абсорбція A виражається як:

A = - log (T) = - log (I / I o)

Молярна абсорбція та поглинальна здатність

Молекули, що складають хімічну речовину, здатні поглинати світло, і одна міра цього - саме поглинання. Це результат взаємодії фотонів і молекулярних електронів.

Тому величина, яка буде залежати від щільності або концентрації молекул, що складають зразок, а також від оптичного шляху або відстані, пройденого світлом.

Експериментальні дані вказують, що поглинання A лінійно пропорційне концентрації C та відстані d, пройденого світлом. Отже, щоб обчислити його на основі цих параметрів, можна встановити таку формулу:

A = ε⋅C⋅d

У наведеній вище формулі ε - константа пропорційності, відома як молярна поглинальна здатність.

Молярна поглинальна здатність залежить від типу речовини та від довжини хвилі, на якій вимірюється поглинання. Молярна поглинальна здатність також чутлива до температури зразка та рН зразка.

Закон Пива-Ламберта

Цей взаємозв'язок між поглинанням, поглинаючою здатністю, концентрацією та відстані товщини шляху, який проходить світло у зразку, відомий як закон Бера-Ламберта.

Малюнок 2. Закон Бера-Ламберта Джерело: Ф. Сапата,

Ось кілька прикладів того, як ним користуватися.

Приклади

Приклад 1

Під час експерименту зразок освітлюється червоним світлом від гелій-неонового лазера, довжина хвилі якого становить 633 нм. Електрофотометр вимірює 30 мВ, коли лазерне світло потрапляє безпосередньо, і 10 мВ, коли він проходить через зразок.

У цьому випадку коефіцієнт пропускання:

T = I / Io = 10 мВ / 30 мВ = ⅓.

А поглинання:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Приклад 2

Якщо таку саму речовину помістити в ємність, що становить половину товщини тієї, що використовується у Прикладі 1, скажіть, скільки позначить електрофотометр, коли світло з гелієво-неонового лазера пройде через зразок.

Треба врахувати, що якщо товщина зменшується вдвічі, то поглинання, пропорційне оптичній товщині, зменшується вдвічі, тобто A = 0,28. Коефіцієнт пропускання T задається наступним співвідношенням:

Т = 10-А = 10 ^ (- 0,28) = 0,53

Електрофотометр зчитує 0,53 * 30 мВ = 15,74 мВ.

Розв’язані вправи

Вправа 1

Ми хочемо визначити молярну поглинальну здатність певної фірмової сполуки, яка знаходиться в розчині. Для цього розчин освітлюють світлом від натрієвої лампи 589 нм. Зразок поміщається в тримач для зразка товщиною 1,50 см.

Вихідною точкою є розчин з концентрацією 4,00 × 10 ^ -4 молей на літр і вимірюється коефіцієнт пропускання, в результаті чого 0,06. Використовуючи ці дані, визначте молярну поглинальну здатність зразка.

Рішення

Спочатку визначається коефіцієнт поглинання, який визначається як найменший логарифм до основи десяти пропускання:

A = - журнал (T)

A = - log (0,06) = 1,22

Потім використовується закон Ламберта-Пива, який встановлює залежність між поглинанням, молярною поглинальністю, концентрацією та оптичною довжиною:

A = ε⋅C⋅d

Вирішуючи молярну поглинальну здатність, отримують таке співвідношення:

ε = A / (C⋅d)

підміняючи задані значення, ми маємо:

ε = 1,22 / (4,00 × 10 ^ -4 M⋅1,5 см) = 2030 (M⋅cm) ^ - 1

Наведений вище результат округлюється до трьох значущих цифр.

Вправа 2

З метою підвищення точності та визначення похибки вимірювання молярної поглинаючої здатності зразка у вправі 1 зразок послідовно розводять до половини концентрації, а коефіцієнт пропускання вимірюють у кожному конкретному випадку.

Починаючи з Co = 4 × 10 ^ -4 М із коефіцієнтом пропускання T = 0,06, для пропускання та поглинання, обчислених із коефіцієнта пропускання, отримується наступна послідовність даних:

Co / 1–> 0,06–> 1,22

Co / 2–> 0,25–> 0,60

Co / 4–> 0,50–> 0,30

Со / 8–> 0,71–> 0,15

Co / 16–> 0,83–> 0,08

Co / 32–> 0,93–> 0,03

Co / 64–> 0,95–> 0,02

Co / 128–> 0,98–> 0,01

Co / 256–> 0,99–> 0,00

За допомогою цих даних виконайте:

а) Графік поглинання як функція концентрації.

б) Лінійна відповідність даних і знайдіть нахил.

в) З отриманого схилу обчисліть молярну поглинальну здатність.

Рішення

Малюнок 3. Поглинання та концентрація. Джерело: Ф. Сапата.

Отриманий нахил є добутком молярної поглинальної здатності та оптичної відстані, тому ділимо нахил на довжину 1,5 см, отримуємо молярну поглинальну здатність

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

Вправа 3

З даними вправи 2:

а) Обчисліть поглинальну здатність для кожної частини даних.

б) Визначте середнє значення молярної поглинальності, його стандартне відхилення та статистичну похибку, пов’язану із середньою величиною.

Рішення

Молярну поглинальну здатність розраховують для кожної з випробуваних концентрацій. Пам'ятайте, що умови освітлення та оптична відстань залишаються фіксованими.

Результати молярної поглинальної здатності:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1,872, 1862 в одиницях 1 / (М * см).

З цих результатів ми можемо взяти середнє значення:

<ε> = 1998 (М * см) ^ - 1

При стандартному відхиленні: 184 (М * см) ^ - 1

Середня похибка - це стандартне відхилення, поділене на квадратний корінь кількості даних, тобто:

Δ <ε> = 184/9 ^ 0,5 = 60 (М * см) ^ - 1

Нарешті, зроблено висновок, що запатентована речовина має молярну поглинальну здатність на частоті 589 нм, що виробляється натрієвою лампою:

<ε> = (2000 ± 60) (М * см) ^ - 1

Список літератури

1. Аткінс, П. 1999. Фізична хімія. Видання «Омега». 460-462.
2. Посібник. Пропускання та поглинання. Відновлено з: quimica.laguia2000.com
3. Екологічна токсикологія. Передача, поглинання та закон Ламберта. Відновлено з: repositorio.innovacionumh.es
4. Фізичні пригоди. Поглинання та пропускання. Відновлено з: rpfisica.blogspot.com
5. Спектофотометрія. Відновлено з: chem.libretexts.org
6. Екологічна токсикологія. Передача, поглинання та закон Ламберта. Відновлено з: repositorio.innovacionumh.es
7. Вікіпедія. Поглинання Відновлено з: wikipedia.com
8. Вікіпедія. Спектрофотометрія. Відновлено з: wikipedia.com