ABSORBANCIA: ČO TO JE, PRÍKLADY A VYRIEŠENÉ CVIČENIA - FYZICKÝ - 2024

Absorbancia je logaritmus so záporným znamienkom kvociente medzi vznikajúce intenzity svetla a dopadajúce intenzite svetla na vzorke priesvitného roztoku, ktorá bola osvetlená monochromatického svetla. Tento kvocient je priepustnosť.

Fyzický proces svetla prechádzajúceho vzorkou sa nazýva prestup svetla a jeho mierou je absorbancia. Absorbancia sa preto stáva najmenším logaritmom priepustnosti a je dôležitým údajom na stanovenie koncentrácie vzorky, ktorá je všeobecne rozpustená v rozpúšťadle, ako je voda, alkohol alebo akékoľvek iné.

Obrázok 1. Schéma procesu absorpcie. Pripravil F. Zapata

Na meranie absorbancie je potrebné zariadenie nazývané elektrofotometer, ktorým sa meria prúd, ktorý je úmerný intenzite svetla dopadajúceho na jeho povrch.

Pri výpočte priepustnosti sa najskôr meria intenzitný signál zodpovedajúci samotnému rozpúšťadlu a tento výsledok sa zaznamenáva ako Io.

Potom sa rozpustená vzorka umiestni do rozpúšťadla za rovnakých svetelných podmienok. Signál meraný elektrofotometrom sa označuje ako I, čo umožňuje vypočítať priepustnosť T podľa nasledujúceho vzorca:

T = I / I alebo

Je to bezrozmerné množstvo. Absorbancia A je teda vyjadrená ako:

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

Molárna absorbancia a nasiakavosť

Molekuly, ktoré tvoria chemickú látku, sú schopné absorbovať svetlo, a jednou mierkou toho je presne absorbancia. Je to výsledok interakcie medzi fotónmi a molekulárnymi elektrónmi.

Preto je to veľkosť, ktorá bude závisieť od hustoty alebo koncentrácie molekúl, ktoré tvoria vzorku, a tiež od optickej dráhy alebo vzdialenosti prejdenej svetlom.

Experimentálne údaje ukazujú, že absorbancia A je lineárne úmerná koncentrácii C a vzdialenosti d, ktorú prechádza svetlo. Na jeho výpočet na základe týchto parametrov je možné stanoviť nasledujúci vzorec:

A = ε⋅C⋅d

Vo vyššie uvedenom vzorci je e konštanta proporcionality známa ako molárna absorptivita.

Molárna absorptivita závisí od typu látky a vlnovej dĺžky, pri ktorej sa meria absorbancia. Molárna nasiakavosť je tiež citlivá na teplotu vzorky a pH vzorky.

Beer-Lambertov zákon

Tento vzťah medzi absorbanciou, absorpciou, koncentráciou a vzdialenosťou hrúbky dráhy, po ktorej svetlo prechádza vo vzorke, sa nazýva Beer-Lambertov zákon.

Obrázok 2. Beer-Lambertov zákon. Zdroj: F. Zapata,

Tu je niekoľko príkladov, ako ho používať.

Príklady

Príklad 1

Počas experimentu sa vzorka osvetlí červeným svetlom z hélium-neónového lasera, ktorého vlnová dĺžka je 633 nm. Elektrofotometer meria 30 mV, keď laserové svetlo dopadá priamo a 10 mV, keď prechádza vzorkou.

V tomto prípade je priepustnosť:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

Absorbancia je:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Príklad 2

Ak je rovnaká látka umiestnená v nádobe, ktorá je polovičná ako hrúbka látky použitej v príklade 1, povedzte, koľko sa bude fotovoltometrom vyznačovať, keď svetlo z héliónového lasera prejde vzorkou.

Je potrebné vziať do úvahy, že ak sa hrúbka znižuje na polovicu, potom sa absorbancia, ktorá je úmerná optickej hrúbke, znižuje na polovicu, to znamená, A = 0,28. Priepustnosť T bude daná nasledujúcim vzťahom:

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

Elektrofotometer odčíta 0,53 x 30 mV = 15,74 mV.

Riešené cvičenia

Cvičenie 1

Chceme určiť molárnu nasiakavosť určitej patentovanej zlúčeniny, ktorá je v roztoku. Za týmto účelom sa roztok osvetľuje svetlom zo sodíkovej výbojky 589 nm. Vzorka sa umiestni do držiaka vzorky s hrúbkou 1,50 cm.

Východiskovým bodom je roztok s koncentráciou 4,00 x 10-4 mol na liter a zmeria sa priepustnosť, čo vedie k 0,06. Na základe týchto údajov sa stanoví molárna nasiakavosť vzorky.

Riešenie

Najskôr sa stanoví absorbancia, ktorá je definovaná ako najmenší logaritmus na základe desiatich hodnôt priepustnosti:

A = - log (T)

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

Potom sa použije Lambert-Beerov zákon, ktorý stanovuje vzťah medzi absorbanciou, molárnou nasiakavosťou, koncentráciou a optickou dĺžkou:

A = ε⋅C⋅d

Vyriešením molárnej absorptivity sa získa nasledujúci vzťah:

ε = A / (Cd)

nahradením daných hodnôt máme:

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

Vyššie uvedený výsledok bol zaokrúhlený na tri platné číslice.

Cvičenie 2

Aby sa zlepšila presnosť a určila sa chyba merania molárnej absorptivity vzorky v cvičení 1, vzorka sa postupne zriedi na polovicu koncentrácie a v každom prípade sa zmeria priepustnosť.

Vychádzajúc z Co = 4 × 10 ^ -4 M s priepustnosťou T = 0,06 sa pre priepustnosť a absorbancia vypočítaná z priepustnosti získa táto dátová sekvencia:

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

S týmito údajmi vykonajte:

a) Graf absorbancie ako funkcia koncentrácie.

b) Lineárne prispôsobenie údajov a nájdenie sklonu.

c) Z získaného sklonu vypočítajte molárnu absorpčnú schopnosť.

Riešenie

Obrázok 3. Absorbancia verzus koncentrácia. Zdroj: F. Zapata.

Získaný sklon je súčinom molárnej absorptivity optickou vzdialenosťou, takže delením sklonu dĺžkou 1,5 cm sa získa molárna absorptivita

e = 3049 / 1,50 = 2033 (ml / cm) ^ - 1

Cvičenie 3

S údajmi z cvičenia 2:

a) Vypočítajte nasiakavosť pre každý údaj.

b) Stanovte priemernú hodnotu molárnej absorptivity, jej štandardnú odchýlku a štatistickú chybu spojenú s priemerom.

Riešenie

Molárna nasiakavosť sa vypočíta pre každú z testovaných koncentrácií. Nezabudnite, že svetelné podmienky a optická vzdialenosť zostávajú pevné.

Výsledky molárnej absorptivity sú:

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

Z týchto výsledkov môžeme odvodiť priemernú hodnotu:

<e> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Pri štandardnej odchýlke: 184 (M * cm) ^ - 1

Stredná chyba je štandardná odchýlka vydelená druhou odmocninou počtu údajov, ktorá je:

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

Nakoniec sa dospelo k záveru, že patentovaná látka má molárnu absorpčnú schopnosť pri frekvencii 589 nm produkovanej sodíkovou lampou:

<e> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

Referencie

1. Atkins, P. 1999. Fyzikálna chémia. Vydania Omega. 460-462.
2. Sprievodca. Priepustnosť a absorbancia. Obnovené z: quimica.laguia2000.com
3. Toxikológia životného prostredia. Transmisia, absorbancia a Lambertov zákon. Získané z: repositorio.innovacionumh.es
4. Fyzické dobrodružstvo. Absorbancia a priepustnosť. Obnovené z: rpfisica.blogspot.com
5. Spectophotometry. Obnovené z: chem.libretexts.org
6. Toxikológia životného prostredia. Transmisia, absorbancia a Lambertov zákon. Získané z: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. absorbancie Obnovené z: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektrofotometria. Obnovené z: wikipedia.com