КОЭФФИЦИЕНТ ПРОПУСКАНИЯ: ЧТО ЭТО ТАКОЕ, ДИАГРАММА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ЭНЕРГИИ И УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Коэффициент пропускания оптики отношение формирующейся интенсивности света и интенсивность света , падающий на образец полупрозрачного раствора , который был освещаемого монохроматическим светом.

Физический процесс прохождения света через образец называется пропусканием света, а коэффициент пропускания является мерой пропускания света. Коэффициент пропускания является важным значением для определения концентрации образца, который обычно растворяется в растворителе, таком как вода или спирт, среди прочего.

Рисунок 1. Узел для измерения коэффициента пропускания. Источник: Ф. Сапата.

Электрофотометр измеряет ток, пропорциональный силе света, падающего на его поверхность. Для расчета 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 и сигнал, измеренный электрофотометром, обозначается как I, затем коэффициент пропускания рассчитывается по следующей формуле:

T = I / I или

Следует отметить, что коэффициент пропускания - это безразмерная величина, поскольку это мера силы света образца по отношению к интенсивности пропускания растворителя.

Что такое коэффициент пропускания?

Поглощение света средой

Когда свет проходит через образец, часть световой энергии поглощается молекулами. Коэффициент пропускания - это макроскопическая мера явления, происходящего на молекулярном или атомном уровне.

Свет - это электромагнитная волна, энергия, которую он несет, находится в электрическом и магнитном поле волны. Эти колеблющиеся поля взаимодействуют с молекулами вещества.

Энергия, переносимая волной, зависит от ее частоты. Монохроматический свет имеет одну частоту, в то время как белый свет имеет диапазон или спектр частот.

Электромагнитная волна всех частот распространяется в вакууме с одинаковой скоростью 300 000 км / с. Если мы обозначим через c скорость света в вакууме, соотношение между частотой f и длиной волны λ будет следующим:

c = λ⋅f

Поскольку c - постоянная величина, каждая частота соответствует соответствующей длине волны.

Для измерения коэффициента пропускания вещества используются области видимого электромагнитного спектра (от 380 нм до 780 нм), ультрафиолетовой области (180-380 нм) и инфракрасной области (от 780 нм до 5600 нм).

Скорость распространения света в материальной среде зависит от частоты и меньше c. Это объясняет рассеяние в призме, с помощью которой можно разделить частоты, составляющие белый свет.

Молекулярная теория поглощения света

Эти переходы лучше всего понять с помощью диаграммы энергии молекул, показанной на рисунке 2:

Рисунок 2. Диаграмма молекулярной энергии. Источник: Ф. Сапата.

На диаграмме горизонтальные линии представляют различные уровни молекулярной энергии. Линия E0 - основной или более низкий уровень энергии. Уровни E1 и E2 - возбужденные уровни с более высокой энергией. Уровни E0, E1, E2 соответствуют электронным состояниям молекулы.

Подуровни 1, 2, 3, 4 внутри каждого электронного уровня соответствуют различным колебательным состояниям, соответствующим каждому электронному уровню. Каждый из этих уровней имеет более тонкие подразделения, которые не показаны, чтобы соответствовать состояниям вращения, связанным с каждым колебательным уровнем.

На схеме показаны вертикальные стрелки, представляющие энергию фотонов в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Как видно, инфракрасные фотоны не обладают достаточной энергией, чтобы способствовать электронным переходам, в отличие от видимого и ультрафиолетового излучения.

Когда падающие фотоны монохроматического луча совпадают по энергии (или частоте) с разностью энергий между энергетическими состояниями молекул, происходит поглощение фотонов.

Факторы, от которых зависит коэффициент пропускания

Согласно тому, что было сказано в предыдущем разделе, коэффициент пропускания будет зависеть от нескольких факторов, среди которых мы можем назвать:

1- Частота, с которой светится образец.

2- Тип анализируемых молекул.

3- Концентрация раствора.

4- Длина пути, пройденного световым лучом.

Экспериментальные данные показывают, что коэффициент пропускания T экспоненциально уменьшается с увеличением концентрации C и длины L оптического пути:

Т = 10 ^-a⋅C⋅L

В приведенном выше выражении а - это константа, которая зависит от частоты и типа вещества.

Упражнение решено

Упражнение 1

Стандартный образец определенного вещества имеет концентрацию 150 микромоль на литр (мкМ). Когда его коэффициент пропускания измеряется при длине волны 525 нм, получается коэффициент пропускания 0,4.

Другой образец того же вещества, но неизвестной концентрации, имеет коэффициент пропускания 0,5 при измерении на той же частоте и с той же оптической толщиной.

Рассчитайте концентрацию второй пробы.

Ответить

Коэффициент пропускания T экспоненциально спадает с концентрацией C:

Т = 10 ^-b⋅L

Если взять логарифм предыдущего равенства, останется:

журнал T = -b⋅C

При делении члена на член сохраняется предыдущее равенство, примененное к каждой пробе, и решение для неизвестной концентрации:

C2 = C1⋅ (журнал T2 / журнал T1)

C2 = 150 мкМ⋅ (log 0,5 / log 0,4) = 150 мкМ⋅ (-0,3010 / -0,3979) = 113,5 мкМ

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. Спектофотометрия. Получено с: chem.libretexts.org
6. Экологическая токсикология. Коэффициент пропускания, поглощение и закон Ламберта. Получено с: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Пропускание. Получено с: wikipedia.com
8. Wikipedia. Спектрофотометрия. Получено с: wikipedia.com