ПЕРЕДАЧА: ЩО ЦЕ ТАКЕ, ДІАГРАМА МОЛЕКУЛЯРНОЇ ЕНЕРГІЇ ТА ВПРАВА - ФІЗИЧНІ - 2025

Коефіцієнт пропускання оптики ставлення формується інтенсивності світла і інтенсивність світла , що падає на зразок напівпрозорого розчину , який був освітлюється монохроматичним світлом.

Фізичний процес проходження світла через зразок називається пропусканням світла, а прохідність - мірою пропускання світла. Пропускання - важливе значення для визначення концентрації зразка, який, як правило, розчиняється у розчиннику, такому як вода чи спирт, серед інших.

Рисунок 1. Збірка для вимірювання пропускання. Джерело: Ф. Сапата.

Електрофотометр вимірює струм, пропорційний інтенсивності світла, що падає на його поверхню. Для обчислення коефіцієнта пропускання зазвичай спочатку вимірюється сигнал інтенсивності, що відповідає лише розчиннику, і цей результат записується як Іо.

Потім розчинений зразок поміщають у розчинник з тими ж умовами освітлення і сигнал, виміряний електрофотометром, позначають як I, тоді коефіцієнт пропускання обчислюють за такою формулою:

T = I / I або

Слід зазначити, що коефіцієнт пропускання є безрозмірною величиною, оскільки це міра інтенсивності світла зразка по відношенню до інтенсивності пропускання розчинника.

Що таке прохідність?

Поглинання світла в середовищі

Коли світло проходить через зразок, частина світлової енергії поглинається молекулами. Передача - це макроскопічна міра явища, яке відбувається на молекулярному чи атомному рівні.

Світло - це електромагнітна хвиля, енергія, яку вона несе, знаходиться в електричному і магнітному полі хвилі. Ці коливальні поля взаємодіють з молекулами речовини.

Енергія, яку переносить хвиля, залежить від її частоти. Монохроматичне світло має одну частоту, тоді як біле світло має діапазон або спектр частот.

Всі частоти електромагнітної хвилі рухаються у вакуумі з однаковою швидкістю 300 000 км / с. Якщо позначимо через c швидкість світла у вакуумі, співвідношення між частотою f та довжиною хвилі λ дорівнює:

c = λ⋅f

Оскільки c - постійна, кожна частота відповідає відповідної довжині хвилі.

Для вимірювання пропускання речовини використовуються області видимого електромагнітного спектру (380 нм до 780 нм), ультрафіолетова область (180 - 380 нм) та інфрачервона область (780 нм до 5600 нм).

Швидкість поширення світла в матеріальному середовищі залежить від частоти і менше c. Це пояснює розсіювання в призмі, за допомогою якої можна розділити частоти, що утворюють біле світло.

Молекулярна теорія поглинання світла

Ці переходи найкраще зрозуміти на діаграмі молекулярної енергії, показаній на малюнку 2:

Малюнок 2. Діаграма молекулярної енергії. Джерело: Ф. Сапата.

На діаграмі горизонтальні лінії представляють різні рівні молекулярної енергії. Лінія E0 - основний або нижчий рівень енергії. Рівні Е1 і Е2 - збуджені рівні вищої енергії. Рівні E0, E1, E2 відповідають електронним станам молекули.

Підрівні 1, 2, 3, 4 в межах кожного електронного рівня відповідають різним коливальним станам, що відповідають кожному електронному рівню. Кожен з цих рівнів має більш тонкі підрозділи, які не показані, щоб відповідати обертальним станам, пов'язаним з кожним коливальним рівнем.

На діаграмі показані вертикальні стрілки, що представляють енергію фотонів в інфрачервоному, видимому та ультрафіолетовому діапазонах. Як видно, інфрачервоним фотонам не вистачає енергії для сприяння електронним переходам, тоді як видиме випромінювання та ультрафіолетове випромінювання.

Коли падаючі фотони монохроматичного променя збігаються за енергією (або частотою) з різницею енергії між станами молекулярної енергії, то відбувається поглинання фотонів.

Фактори, від яких залежить прохідність

Відповідно до того, що було сказано в попередньому розділі, передача буде залежати від кількох факторів, серед яких ми можемо назвати:

1- Частота, з якою освітлюється зразок.

2- Тип молекул, які підлягають аналізу.

3- Концентрація розчину.

4- Довжина шляху, пройденого променем світла.

Експериментальні дані вказують на те, що коефіцієнт пропускання T зменшується експоненціально з концентрацією C і з довжиною L оптичного шляху:

T = 10 ^-a⋅C⋅L

У виразі вище а є константа, яка залежить від частоти та типу речовини.

Вправа вирішена

Вправа 1

Стандартний зразок певної речовини має концентрацію 150 мкмоль на літр (мкМ). Коли її пропускання вимірюється світлом 525 нм, виходить коефіцієнт пропускання 0,4.

Інший зразок тієї ж речовини, але невідомої концентрації, має коефіцієнт пропускання 0,5, коли вимірюється з однаковою частотою та з однаковою оптичною товщиною.

Обчисліть концентрацію другого зразка.

Відповісти

Коефіцієнт пропускання T розпадається експоненціально з концентрацією C:

T = 10 ^-b⋅L

Якщо взяти логарифм попередньої рівності, залишається:

log T = -b⋅C

Розділивши член на член, попередня рівність, застосована до кожного зразка і розв'язує невідому концентрацію, залишається:

C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)

C2 = 150μM⋅ (log 0,5 / log 0,4) = 150μM⋅ (-0,3030 / -0,3979) = 113,5μM

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. Передача. Відновлено з: wikipedia.com
8. Вікіпедія. Спектрофотометрія. Відновлено з: wikipedia.com