АБСОРБЦИЯ: КАКВО Е, ПРИМЕРИ И РЕШЕНИ УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На абсорбцията е логаритъм с отрицателен знак на отношението между светлинния интензитет на поникване и интензитета на светлината, падаща върху проба от прозрачен разтвор, който е осветен с монохроматична светлина. Този коефициент е предаването.

Физическият процес на преминаване на светлина през проба се нарича пропускане на светлина, а абсорбцията е мярка за това. Следователно абсорбцията се превръща в най-малко логаритъм на пропускането и е важна информация за определяне на концентрацията на проба, която обикновено се разтваря в разтворител като вода, алкохол или друг.

Фигура 1. Диаграма на процеса на абсорбция. Изготвил Ф. Сапата

За измерване на абсорбцията е необходимо устройство, наречено електрофотометър, с което се измерва ток, пропорционален на интензитета на светлината, падащ върху повърхността му.

При изчисляване на пропускливостта първо се измерва сигналът за интензитет, съответстващ само на разтворителя, и този резултат се записва като Io.

След това разтворената проба се поставя в разтворителя при същите условия на осветление. Сигналът, измерен от електрофотометъра, се обозначава като I, което позволява да се изчисли пропускливостта Т по следната формула:

T = I / I или

Това е безразмерно количество. По този начин абсорбцията А се изразява като:

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

Моларна абсорбция и абсорбция

Молекулите, които съставляват химическо вещество, са способни да абсорбират светлина и една мярка за това е именно абсорбцията. Той е резултат от взаимодействието между фотони и молекулни електрони.

Следователно това е величина, която ще зависи от плътността или концентрацията на молекулите, които съставят пробата, а също и от оптичния път или разстоянието, изминато от светлината.

Експерименталните данни показват, че абсорбцията А е линейно пропорционална на концентрацията С и разстоянието d, изминато от светлината. Така че за да се изчисли въз основа на тези параметри, може да се установи следната формула:

A = ε⋅C⋅d

В горната формула ε е константа на пропорционалност, известна като моларна абсорбция.

Моларната абсорбция зависи от вида на веществото и от дължината на вълната, при която се измерва абсорбцията. Моларната абсорбция също е чувствителна към температурата на пробата и рН на пробата.

Закон на Бира-Ламберт

Тази връзка между абсорбция, абсорбция, концентрация и разстоянието на дебелината на пътя, който светлината следва в пробата, е известна като закона на Бира-Ламберт.

Фигура 2. Законът на Бира-Ламберт Източник: Ф. Сапата, Ето няколко примера как да го използвате.

Примери

Пример 1

По време на експеримент пробата се осветява с червена светлина от хелиево-неонов лазер, чиято дължина на вълната е 633 nm. Електрофотометърът измерва 30 mV, когато лазерната светлина удря директно и 10 mV, когато преминава през проба.

В този случай предавателната способност е:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

А абсорбцията е:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Пример 2

Ако същото вещество се постави в контейнер, който е половината от дебелината на използвания в Пример 1, кажете колко ще отбележи електрофотометърът, когато светлината от хелиево-неоновия лазер преминава през пробата.

Трябва да се има предвид, че ако дебелината намалява наполовина, тогава абсорбцията, която е пропорционална на оптичната дебелина, намалява наполовина, тоест A = 0,28. Предавателната способност Т ще бъде дадена от следната връзка:

Т = 10-А = 10 ^ (- 0,28) = 0,53

Електрофотометърът ще отчете 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Решени упражнения

Упражнение 1

Искаме да определим моларната абсорбция на определено собствено съединение, което е в разтвор. За да направите това, разтворът се осветява със светлина от 589 nm натриева лампа. Пробата ще бъде поставена в държач за проба с дебелина 1,50 cm.

Началната точка е разтвор с концентрация 4,00 × 10 ^ -4 мола на литър и се измерва пропускливостта, което води до 0,06. Използвайки тези данни, определете моларната абсорбция на пробата.

Решение

Първо се определя абсорбцията, която се дефинира като най-малко логаритъм за основа на десет от коефициента на пропускане:

A = - лог (T)

A = - лог (0,06) = 1,22

Тогава се използва законът на Ламберт-Бира, който установява връзка между абсорбция, моларна абсорбция, концентрация и оптична дължина:

A = ε⋅C⋅d

Решавайки моларна абсорбция, се получава следната връзка:

ε = A / (C⋅d)

замествайки дадените стойности, които имаме:

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

Горният резултат е закръглен до три значими цифри.

Упражнение 2

За да се подобри точността и да се определи грешката на измерването на моларната абсорбция на пробата в упражнение 1, пробата последователно се разрежда до половината от концентрацията и пропускливостта се измерва за всеки случай.

Като се започне от Co = 4 × 10 ^ -4 M с коефициент на пропускане T = 0.06, се получава следната последователност от данни за пропускливост и абсорбция, изчислени от коефициента на пропускане:

Съ / 1–> 0,06–> 1,22

Съ / 2–> 0,25–> 0,60

Co / 4–> 0,50–> 0,30

Co / 8–> 0.71–> 0.15

Co / 16–> 0.83–> 0.08

Съ / 32–> 0,93–> 0,03

Съ / 64–> 0,95–> 0,02

Co / 128–> 0.98–> 0.01

Съ / 256–> 0,99–> 0,00

С тези данни изпълнете:

а) Графика на абсорбцията като функция от концентрацията.

б) Линейно прилягане на данните и намерете наклона.

в) От получения наклон изчислете моларната абсорбция.

Решение

Фигура 3. Абсорбция спрямо концентрация. Източник: Ф. Сапата.

Полученият наклон е произведение на моларната абсорбция и оптичното разстояние, така че разделяйки наклона на дължината 1,5 см, получаваме моларната абсорбция

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

Упражнение 3

С данните от упражнение 2:

а) Изчислява се поглъщаемостта за всяка част от данните.

б) Определете средна стойност за моларната абсорбция, нейното стандартно отклонение и статистическата грешка, свързана със средната стойност.

Решение

Моларната абсорбция се изчислява за всяка от тестваните концентрации. Не забравяйте, че условията на осветление и оптичното разстояние остават фиксирани.

Резултатите за моларна абсорбция са:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1,872, 1862 в единици от 1 / (M * cm).

От тези резултати можем да вземем средната стойност:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Със стандартно отклонение от: 184 (M * cm) ^ - 1

Средната грешка е стандартното отклонение, разделено на квадратния корен на броя на данните, тоест:

Δ <ε> = 184/9 ^ 0.5 = 60 (M * cm) ^ - 1

И накрая, се заключава, че патентованото вещество има моларна абсорбция при честота 589 nm, получена от натриева лампа от:

<ε> = (2000 ± 60) (М * см) ^ - 1

Препратки

1. Аткинс, П. 1999. Физическа химия. Омега издания. 460-462.
2. Ръководството. Пропускане и абсорбция. Възстановено от: quimica.laguia2000.com
3. Токсикология на околната среда. Предаване, поглъщане и закон на Ламберт. Възстановени от: repositorio.innovacionumh.es
4. Физическо приключение. Абсорбция и пропускливост. Възстановена от: rpfisica.blogspot.com
5. Spectophotometry. Възстановено от: chem.libretexts.org
6. Токсикология на околната среда. Предаване, поглъщане и закон на Ламберт. Възстановени от: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Абсорбцията Възстановено от: wikipedia.com
8. Wikipedia. Спектрофотометрия. Възстановено от: wikipedia.com