CAURLAIDĪBA: KAS TAS IR, MOLEKULĀRĀS ENERĢIJAS DIAGRAMMA UN VINGRINĀJUMS - FIZISKĀ - 2025

Caurlaidība optika ir attiecība topošās gaismas intensitāti un gaismas intensitāte incidents uz paraugu caurspīdīgu šķīdumu, kas ir izgaismota ar vienkrāsas gaismas.

Fizisko gaismas caurlaidības procesu caur paraugu sauc par gaismas caurlaidību, un caurlaidība ir gaismas caurlaidības mērs. Caurlaidība ir svarīga vērtība, lai cita starpā noteiktu parauga koncentrāciju, kuru parasti izšķīdina šķīdinātājā, piemēram, ūdenī vai spirtā.

1. attēls. Caurlaidības mērīšanas mezgls. Avots: F. Zapata.

Elektrofotometrs mēra strāvu, kas proporcionāla gaismas intensitātei, kas krīt uz tā virsmas. Lai aprēķinātu caurlaidību, vispirms vispirms mēra intensitātes signālu, kas atbilst tikai šķīdinātājam, un šo rezultātu reģistrē kā Io.

Tad izšķīdušo paraugu ievieto šķīdinātājā ar tādiem pašiem apgaismojuma apstākļiem un ar elektrofotometra izmērīto signālu apzīmē ar I, tad caurlaidību aprēķina pēc šādas formulas:

T = I / I vai

Jāatzīmē, ka caurlaidība ir bez izmēra lielums, jo tā ir parauga gaismas intensitātes mērs attiecībā pret šķīdinātāja caurlaidības intensitāti.

Kas ir caurlaidība?

Gaismas absorbcija vidē

Kad gaisma iziet cauri paraugam, daļu gaismas enerģijas absorbē molekulas. Caurlaidība ir makroskopisks parādības lielums, kas notiek molekulārā vai atomu līmenī.

Gaisma ir elektromagnētisks vilnis, enerģija, ko tā nes, atrodas viļņa elektriskajā un magnētiskajā laukā. Šie oscilējošie lauki mijiedarbojas ar vielas molekulām.

Viļņa pārnestā enerģija ir atkarīga no tā frekvences. Monohromatiskajai gaismai ir viena frekvence, savukārt baltajai gaismai ir frekvenču diapazons vai spektrs.

Visas elektromagnētiskā viļņa frekvences pārvietojas vakuumā ar tādu pašu ātrumu 300 000 km / s. Ja mēs ar c apzīmējam gaismas ātrumu vakuumā, attiecība starp frekvenci f un viļņa garumu λ ir:

c = λ⋅f

Tā kā c ir konstante, katra frekvence atbilst tā attiecīgajam viļņa garumam.

Lai izmērītu vielas caurlaidību, izmanto redzamā elektromagnētiskā spektra (380 nm līdz 780 nm), ultravioletā apgabala (no 180 līdz 380 nm) un infrasarkanā apgabala (no 780 nm līdz 5600 nm).

Gaismas izplatīšanās ātrums materiālā vidē ir atkarīgs no frekvences un ir mazāks par c. Tas izskaidro izkliedi prizmā, ar kuru var atdalīt frekvences, kas veido balto gaismu.

Gaismas absorbcijas molekulārā teorija

Šīs pārejas vislabāk izprot ar molekulārās enerģijas diagrammu, kas parādīta 2. attēlā:

2. attēls. Molekulārās enerģijas diagramma. Avots: F. Zapata.

Diagrammā horizontālās līnijas attēlo dažādus molekulārās enerģijas līmeņus. Līnija E0 ir pamatelements vai zemāks enerģijas līmenis. E1 un E2 līmeņi ir satraukti augstākas enerģijas līmeņi. E0, E1, E2 līmeņi atbilst molekulas elektroniskajiem stāvokļiem.

Apakšlīmeņi 1, 2, 3, 4 katrā elektroniskajā līmenī atbilst dažādiem vibrāciju stāvokļiem, kas atbilst katram elektroniskajam līmenim. Katrā no šiem līmeņiem ir smalkāki apakšiedalījumi, kas, kā parādīts, neatbilst rotācijas stāvokļiem, kas saistīti ar katru vibrāciju līmeni.

Diagrammā parādītas vertikālas bultiņas, kas attēlo fotonu enerģiju infrasarkanā, redzamā un ultravioletā diapazonā. Kā redzams, infrasarkanajiem fotoniem nav pietiekami daudz enerģijas, lai veicinātu elektroniskas pārejas, savukārt redzamajam un ultravioletajam starojumam.

Ja monohromatiskā starojuma fotoni sakrīt enerģijā (vai frekvencē) ar enerģijas starpību starp molekulārās enerģijas stāvokļiem, tad notiek fotonu absorbcija.

Faktori, no kuriem ir atkarīga caurlaidība

Saskaņā ar to, kas tika teikts iepriekšējā sadaļā, caurlaidība būs atkarīga no vairākiem faktoriem, starp kuriem mēs varam nosaukt:

1- Frekvence, ar kādu paraugs tiek izgaismots.

2 - analizējamo molekulu tips.

3 - šķīduma koncentrācija.

4 - Gaismas starojuma ceļa garums.

Eksperimentālie dati norāda, ka caurlaidība T samazinās eksponenciāli ar koncentrāciju C un ar optiskā ceļa garumu L:

T = 10 ^-a⋅C⋅L

Izteicienā virs a ir konstante, kas ir atkarīga no vielas biežuma un veida.

Vingrinājums atrisināts

1. vingrinājums

Noteiktas vielas standarta parauga koncentrācija ir 150 mikromoli litrā (μM). Kad tā caurlaidību mēra ar gaismu 525 nm, iegūst caurlaidību 0,4.

Citam tās pašas vielas paraugam, bet nezināmai koncentrācijai, caurlaidība ir 0,5, ja to mēra ar tādu pašu frekvenci un ar tādu pašu optisko biezumu.

Aprēķina otrā parauga koncentrāciju.

Atbildi

Caurlaidība T eksponenciāli samazinās līdz ar koncentrāciju C:

T = 10 ^-b⋅L

Ja ņem iepriekšējās vienlīdzības logaritmu, paliek:

log T = -b⋅C

Sadalot locekli pēc biedra, līdzšinējā vienādība, kas piemērota katram paraugam, un risinājums nezināmajai koncentrācijai paliek:

C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)

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

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. Caurlaidība. Atgūts no: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektrofotometrija. Atgūts no: wikipedia.com