ABSORBCIJA: KAS TAS IR, PIEMĒRI UN ATRISINĀTIE VINGRINĀJUMI - FIZISKĀ - 2025

Absorbcija ir logaritms ar negatīvu zīmi koeficienta starp virsūdens gaismas intensitāti un krītošo gaismas intensitāte uz paraugu caurspīdīgas risinājumu, kas ir izgaismota ar vienkrāsas gaismas. Šis koeficients ir caurlaidība.

Gaismas fizisko procesu, kas iet caur paraugu, sauc par gaismas caurlaidību, un absorbcija ir tā mērs. Tādējādi absorbcija kļūst par vismazāko caurlaidības logaritmu un ir svarīgi dati, lai noteiktu parauga koncentrāciju, kas parasti ir izšķīdināta šķīdinātājā, piemēram, ūdenī, spirtā vai citā.

1. attēls. Absorbcijas procesa diagramma. Sagatavojusi F. Zapata

Lai izmērītu absorbciju, nepieciešama ierīce, ko sauc par elektrofotometru, ar kuru mēra strāvu, kas ir proporcionāla gaismas intensitātei, kas nonāk uz tās virsmas.

Aprēķinot caurlaidību, vispirms vispirms mēra intensitātes signālu, kas atbilst tikai šķīdinātājam, un šo rezultātu reģistrē kā Io.

Tad izšķīdušo paraugu ievieto šķīdinātājā tādos pašos apgaismojuma apstākļos. Signālu, ko mēra ar elektrofotometru, apzīmē ar I, kas ļauj caurlaidību T aprēķināt pēc šādas formulas:

T = I / I vai

Tas ir bezizmēra daudzums. Tādējādi absorbciju A izsaka šādi:

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

Molārā absorbcija un absorbcija

Molekulas, kas veido ķīmisku vielu, ir spējīgas absorbēt gaismu, un viens no šiem parametriem ir precīza absorbcija. Tas ir fotonu un molekulāro elektronu mijiedarbības rezultāts.

Tāpēc tas ir lielums, kas būs atkarīgs no paraugu veidojošo molekulu blīvuma vai koncentrācijas, kā arī no gaismas optiskā ceļa vai attāluma.

Eksperimentālie dati norāda, ka absorbcija A ir lineāri proporcionāla koncentrācijai C un gaismas nobrauktajam attālumam d. Tātad, lai to aprēķinātu, pamatojoties uz šiem parametriem, var izveidot šādu formulu:

A = ε⋅C⋅d

Iepriekšminētajā formulā ε ir proporcionalitātes konstante, ko sauc par molāro absorbciju.

Molārā absorbcija ir atkarīga no vielas veida un viļņa garuma, pie kura mēra absorbciju. Molārā absorbcija ir jutīga arī pret parauga temperatūru un parauga pH.

Alus-Lamberta likums

Šī sakarība starp absorbciju, absorbciju, koncentrāciju un ceļa garuma attālumu, pa kuru gaisma seko paraugam, ir pazīstama kā Beer-Lambert likums.

2. attēls. Alus-Lamberta likums. Avots: F. Zapata,

Šeit ir daži piemēri, kā to izmantot.

Piemēri

1. piemērs

Eksperimenta laikā paraugu apgaismo ar sarkanu gaismu no hēlija-neona lāzera, kura viļņa garums ir 633 nm. Elektrofotometrs mēra 30 mV, kad lāzera gaisma skar tieši, un 10 mV, kad tas iziet caur paraugu.

Šajā gadījumā caurlaidība ir:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

Un absorbcija ir:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

2. piemērs

Ja tā pati viela ir ievietota traukā, kas ir uz pusi mazāks par 1. piemērā izmantoto, pasakiet, cik daudz elektrofotometrs atzīmēs, kad gaisma no hēlija-neona lāzera tiek izvadīta caur paraugu.

Jāņem vērā, ka, ja biezums samazinās uz pusi, tad optiskā biezumam proporcionālā absorbcija samazinās uz pusi, tas ir, A = 0,28. Caurlaidību T piešķirs ar šādām attiecībām:

T = 10-A = 10 ^ (- 0,28) = 0,53

Elektrofotometra rādījums būs 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Atrisināti vingrinājumi

1. vingrinājums

Mēs vēlamies noteikt noteikta patentēta savienojuma, kas atrodas šķīdumā, molāro absorbciju. Lai to izdarītu, šķīdumu apgaismo ar 589 nm nātrija lampas gaismu. Paraugu ievietos parauga turētājā, kura biezums ir 1,50 cm.

Sākumpunkts ir šķīdums ar koncentrāciju 4,00 × 10 ^ -4 mol uz litru un mēra caurlaidību, iegūstot 0,06. Izmantojot šos datus, nosaka parauga molāro absorbciju.

Risinājums

Vispirms tiek noteikta absorbcija, kas tiek definēta kā mazākais logaritms, lai pamatotu caurlaidības desmit parametrus:

A = - žurnāls (T)

A = - log (0,06) = 1,22

Tad tiek izmantots Lamberta un alus likums, kas nosaka sakarību starp absorbciju, molāro absorbciju, koncentrāciju un optisko garumu:

A = ε⋅C⋅d

Atrisinot molāro absorbciju, iegūst šādas attiecības:

ε = A / (C⋅d)

aizstājot dotās vērtības, kas mums ir:

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

Iepriekš minētais rezultāts ir noapaļots līdz trim zīmēm.

2. vingrinājums

Lai uzlabotu precizitāti un noteiktu parauga molārā absorbcijas mērījuma kļūdu 1. vingrinājumā, paraugu secīgi atšķaida uz pusi no koncentrācijas un katrā gadījumā mēra caurlaidību.

Sākot no Co = 4 × 10 ^ -4 M ar caurlaidību T = 0,06, caurlaidībai un absorbcijai, kas aprēķināta pēc caurlaidības, iegūst šādu datu secību:

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

Izmantojot šos datus, veiciet:

a) absorbcijas grafiks kā koncentrācijas funkcija.

b) Datu lineāra atbilstība un atrodiet slīpumu.

c) No iegūtā slīpuma aprēķina mola absorbciju.

Risinājums

3. attēls. Absorbcija pret koncentrāciju. Avots: F. Zapata.

Iegūtais slīpums ir molārās absorbcijas un optiskā attāluma reizinājums, tāpēc, dalot slīpumu ar 1,5 cm garumu, iegūstam molāro absorbciju

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

3. vingrinājums

Ar datiem no 2. vingrinājuma:

a) aprēķiniet absorbciju katram datu gabalam.

b) Nosakiet mola absorbcijas vidējo vērtību, tās standartnovirzi un statistisko kļūdu, kas saistīta ar vidējo.

Risinājums

Katrā no pārbaudītajām koncentrācijām aprēķina molāro absorbciju. Atcerieties, ka apgaismojuma apstākļi un optiskais attālums paliek nemainīgi.

Molārā absorbcijas rezultāti ir:

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

No šiem rezultātiem mēs varam aprēķināt vidējo vērtību:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Ar standarta novirzi: 184 (M * cm) ^ - 1

Vidējā kļūda ir standarta novirze, dalīta ar datu skaita kvadrātsakni, tas ir:

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

Visbeidzot tiek secināts, ka patentētajai vielai ir molārā absorbcija pie 589 nm frekvences, ko rada nātrija spuldze:

<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

Atsauces

1. Atkins, P. 1999. Fizikālā ķīmija. Omega izdevumi. 460-462.
2. Rokasgrāmata. Caurlaidība un absorbcija. Atgūts no: quimica.laguia2000.com
3. Vides toksikoloģija. Caurlaidība, absorbcija un Lamberta likums. Atgūts no: repositorio.innovacionumh.es
4. Fizisks piedzīvojums. Absorbcija un caurlaidība. Atgūts no: rpfisica.blogspot.com
5. Spektrofotometrija. Atgūts no: chem.libretexts.org
6. Vides toksikoloģija. Caurlaidība, absorbcija un Lamberta likums. Atgūts no: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Absorbcija Atgūts no: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektrofotometrija. Atgūts no: wikipedia.com