ПОГЛОЩЕНИЕ: ЧТО ЭТО ТАКОЕ, ПРИМЕРЫ И РЕШАЕМЫЕ УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2024

Абсорбция является логарифмом с отрицательным знаком фактор между интенсивностью света эмерджентного и интенсивности падающего света на образце полупрозрачного раствора , который был освещаемого монохроматическим светом. Это частное - коэффициент пропускания.

Физический процесс прохождения света через образец называется светопропусканием, и его мерой является поглощение. Следовательно, абсорбция становится наименьшим логарифмом пропускания и является важными данными для определения концентрации образца, который обычно растворяется в растворителе, таком как вода, спирт или любой другой.

Рисунок 1. Схема процесса поглощения. Подготовил Ф. Сапата

Для измерения поглощения требуется устройство, называемое электрофотометром, с помощью которого измеряется ток, пропорциональный интенсивности света, падающего на его поверхность.

При вычислении коэффициента пропускания обычно сначала измеряется сигнал интенсивности, соответствующий только растворителю, и этот результат записывается как Io.

Затем растворенный образец помещают в растворитель при тех же условиях освещения. Сигнал, измеренный электрофотометром, обозначается буквой I, что позволяет рассчитать коэффициент пропускания T по следующей формуле:

T = I / I или

Это безразмерная величина. Таким образом, поглощение A выражается как:

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

Молярная абсорбция и абсорбционная способность

Молекулы, составляющие химическое вещество, способны поглощать свет, и одним из показателей этого является именно поглощение. Это результат взаимодействия фотонов с молекулярными электронами.

Следовательно, это величина, которая будет зависеть от плотности или концентрации молекул, составляющих образец, а также от оптического пути или расстояния, пройденного светом.

Экспериментальные данные показывают, что поглощение A линейно пропорционально концентрации C и расстоянию d, пройденному светом. Итак, чтобы рассчитать его на основе этих параметров, можно установить следующую формулу:

А = ε⋅C⋅d

В приведенной выше формуле ε - это коэффициент пропорциональности, известный как молярная поглощающая способность.

Молярная поглощающая способность зависит от типа вещества и длины волны, на которой измеряется поглощение. Молярная поглощающая способность также чувствительна к температуре образца и pH образца.

Закон Бера-Ламберта

Это соотношение между поглощением, поглощающей способностью, концентрацией и расстоянием толщины пути, по которому свет проходит внутри образца, известно как закон Бера-Ламберта.

Рисунок 2. Закон Бера-Ламберта. Источник: Ф. Сапата,

Вот несколько примеров того, как его использовать.

Примеры

Пример 1

Во время эксперимента образец освещается красным светом гелий-неонового лазера с длиной волны 633 нм. Электрофотометр измеряет 30 мВ при прямом попадании лазерного света и 10 мВ при прохождении через образец.

В этом случае коэффициент пропускания равен:

T = I / Io = 10 мВ / 30 мВ =.

А поглощение составляет:

A = - журнал (⅓) = журнал (3) = 0,48

Пример 2

Если то же самое вещество помещается в контейнер, который составляет половину толщины контейнера, использованного в Примере 1, укажите, сколько электрометр отметит, когда свет от гелий-неонового лазера пройдет через образец.

Следует учитывать, что если толщина уменьшается вдвое, то поглощение, пропорциональное оптической толщине, уменьшается вдвое, то есть A = 0,28. Коэффициент пропускания T будет определяться следующим соотношением:

Т = 10-А = 10 ^ (- 0,28) = 0,53

Электрофотометр покажет 0,53 * 30 мВ = 15,74 мВ.

Решенные упражнения

Упражнение 1

Мы хотим определить молярную поглощающую способность определенного патентованного соединения, которое находится в растворе. Для этого раствор освещают светом натриевой лампы 589 нм. Образец будет помещен в держатель образца толщиной 1,50 см.

Отправной точкой является раствор с концентрацией 4,00 × 10 ^ -4 моль на литр, и измеряется коэффициент пропускания, в результате чего получается 0,06. Используя эти данные, определите молярную поглощающую способность образца.

Решение

Сначала определяется поглощение, которое определяется как наименьший логарифм коэффициента пропускания с точностью до десяти:

A = - журнал (T)

A = - журнал (0,06) = 1,22

Затем используется закон Ламберта-Бера, который устанавливает связь между оптической плотностью, молярной поглощающей способностью, концентрацией и оптической длиной:

А = ε⋅C⋅d

Решая вопрос о молярной поглощающей способности, получаем следующее соотношение:

ε = A / (C⋅d)

подставляя данные значения, получаем:

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

Приведенный выше результат округлен до трех значащих цифр.

Упражнение 2.

Чтобы повысить точность и определить погрешность измерения молярной поглощающей способности образца в упражнении 1, образец последовательно разбавляют до половины концентрации и в каждом случае измеряют коэффициент пропускания.

Начиная с Co = 4 × 10 ^ -4 M с коэффициентом пропускания T = 0,06, получается следующая последовательность данных для коэффициента пропускания и поглощения, вычисленных из коэффициента пропускания:

Co / 1–> 0,06–> 1,22

Co / 2–> 0,25–> 0,60

Co / 4–> 0,50–> 0,30

Co / 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

С этими данными выполняют:

а) График оптической плотности как функции концентрации.

б) Линейная аппроксимация данных и поиск наклона.

c) Из полученного наклона рассчитайте молярную поглощающую способность.

Решение

Рисунок 3. Поглощение в зависимости от концентрации. Источник: Ф. Сапата.

Полученный наклон представляет собой произведение молярной поглощающей способности и оптического расстояния, поэтому, разделив наклон на длину 1,5 см, мы получаем молярную поглощающую способность

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (М⋅см) ^ - 1

Упражнение 3.

С данными из упражнения 2:

а) Рассчитайте поглощающую способность для каждой части данных.

б) Определите среднее значение молярной поглощающей способности, ее стандартное отклонение и статистическую ошибку, связанную со средним значением.

Решение

Молярная поглощающая способность рассчитывается для каждой из испытанных концентраций. Помните, что условия освещения и оптическое расстояние остаются неизменными.

Результаты для молярной поглощающей способности:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1872, 1862 в единицах 1 / (М * см).

Из этих результатов мы можем взять среднее значение:

<ε> = 1998 (М * см) ^ - 1

При стандартном отклонении: 184 (М * см) ^ - 1

Средняя ошибка - это стандартное отклонение, деленное на квадратный корень из числа данных, то есть:

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

Наконец, делается вывод, что запатентованное вещество имеет молярную поглощающую способность на частоте 589 нм, создаваемую натриевой лампой:

<ε> = (2000 ± 60) (М * см) ^ - 1

Ссылки

1. Аткинс, П. 1999. Физическая химия. Издания Омега. 460-462.
2. Гид. Пропускание и поглощение. Получено с: quimica.laguia2000.com
3. Экологическая токсикология. Коэффициент пропускания, поглощение и закон Ламберта. Получено с: repositorio.innovacionumh.es
4. Физическое приключение. Поглощение и пропускание. Получено с: rpfisica.blogspot.com
5. Spectophotometry. Получено с: chem.libretexts.org
6. Экологическая токсикология. Коэффициент пропускания, поглощение и закон Ламберта. Получено с: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Абсорбция Получено с: wikipedia.com
8. Wikipedia. Спектрофотометрии. Получено с: wikipedia.com