ПРЕДАВАНЕ: КАКВО Е, ДИАГРАМА НА МОЛЕКУЛЯРНАТА ЕНЕРГИЯ И УПРАЖНЕНИЕ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На топлопреминаване оптиката е съотношението на нововъзникващите интензитета на светлината и интензитета на светлината инцидента на извадка от полупрозрачни решение, което е било осветено с монохроматична светлина.

Физическият процес на преминаване на светлина през проба се нарича пропускане на светлина, а пропускливостта е мярка за пропускане на светлина. Пропускането е важна стойност за определяне на концентрацията на проба, която обикновено се разтваря в разтворител като вода или алкохол.

Фигура 1. Монтаж за измерване на пропускливост. Източник: Ф. Сапата.

Електрофотометър измерва ток, пропорционален на интензитета на светлината, който пада върху повърхността му. За да се изчисли пропускливостта, сигналът за интензитет, съответстващ само на разтворителя, обикновено се измерва първо и този резултат се записва като Io.

След това разтворената проба се поставя в разтворителя със същите условия на осветление и сигналът, измерен с електрофотометър, се обозначава като I, след това пропускливостта се изчислява по следната формула:

T = I / I или

Трябва да се отбележи, че пропускливостта е безразмерно количество, тъй като е мярка за светещия интензитет на пробата спрямо интензитета на предаване на разтворителя.

Какво е предаване?

Поглъщане на светлина в среда

Когато светлината преминава през проба, част от светлинната енергия се абсорбира от молекулите. Предаването е макроскопичната мярка на явление, което се случва на молекулно или атомно ниво.

Светлината е електромагнитна вълна, енергията, която носи, е в електрическото и магнитното поле на вълната. Тези осцилиращи полета взаимодействат с молекулите на вещество.

Енергията, носена от вълната, зависи от нейната честота. Монохроматичната светлина има единична честота, докато бялата светлина има обхват или спектър на честотите.

Всички честоти на електромагнитната вълна пътуват във вакуум със същата скорост от 300 000 км / сек. Ако обозначим със c скоростта на светлината във вакуум, връзката между честотата f и дължината на вълната λ е:

c = λ⋅f

Тъй като c е константа, всяка честота съответства на съответната дължина на вълната.

За измерване на пропускливостта на дадено вещество се използват регионите на видимия електромагнитен спектър (380 nm до 780 nm), ултравиолетовата област (180 до 380 nm) и инфрачервената област (780 nm до 5600 nm).

Скоростта на разпространение на светлината в материална среда зависи от честотата и е по-малка от c. Това обяснява разсейването в призма, с която честотите, които образуват бяла светлина, могат да бъдат разделени.

Молекулна теория за поглъщане на светлината

Тези преходи се разбират най-добре с диаграма на молекулярната енергия, показана на фигура 2:

Фигура 2. Диаграма на молекулярната енергия. Източник: Ф. Сапата.

На диаграмата хоризонталните линии представляват различни нива на молекулна енергия. Линия E0 е основно или по-ниско ниво на енергия. Нивата Е1 и Е2 са възбудени нива на по-висока енергия. Нивата E0, E1, E2 съответстват на електронните състояния на молекулата.

Подравнините 1, 2, 3, 4 в рамките на всяко електронно ниво съответстват на различните вибрационни състояния, съответстващи на всяко електронно ниво. Всяко от тези нива има по-фини подразделения, за които не е показано, че съответстват на въртящите се състояния, свързани с всяко вибрационно ниво.

Диаграмата показва вертикални стрелки, представящи енергията на фотоните в инфрачервения, видимия и ултравиолетовия диапазон. Както се вижда, инфрачервените фотони нямат достатъчно енергия за насърчаване на електронните преходи, докато видимото и ултравиолетовото лъчение правят.

Когато падащите фотони на монохроматичен лъч съвпадат по енергия (или честота) с разликата в енергията между състоянията на молекулната енергия, тогава се получава абсорбция на фотони.

Фактори, от които зависи пропускливостта

Според казаното в предишния раздел предавателната способност ще зависи от няколко фактора, сред които можем да посочим:

1- Честотата, с която пробата е осветена.

2- Видът молекули, които ще бъдат анализирани.

3- Концентрацията на разтвора.

4- Дължината на пътя, изминат от светлинния лъч.

Експерименталните данни показват, че пропускливостта Т намалява експоненциално с концентрацията С и с дължината L на оптичния път:

T = 10 ^-a⋅C⋅L

В израза над a е константа, която зависи от честотата и вида на веществото.

Упражнението е разрешено

Упражнение 1

Стандартна проба от определено вещество има концентрация от 150 микромола на литър (µM). Когато нейната пропускливост се измерва със светлина от 525 nm, се получава пропускливост от 0,4.

Друга проба от същото вещество, но с неизвестна концентрация, има пропускливост 0,5, когато се измерва със същата честота и със същата оптична дебелина.

Изчислете концентрацията на втората проба.

Отговор

Пропускливостта Т се разпада експоненциално с концентрацията С:

T = 10 ^-b⋅L

Ако се вземе логаритъмът на предишното равенство, остава:

лог T = -b⋅C

Разделяйки член на член, предходното равенство, приложимо към всяка проба и решаващо за неизвестната концентрация, остава:

C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)

C2 = 150 μM⋅ (log 0.5 / log 0.4) = 150μM⋅ (-0.3010 / -0.3979) = 113.5μM

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. Предаване. Възстановено от: wikipedia.com
8. Wikipedia. Спектрофотометрия. Възстановено от: wikipedia.com