ABSORBANS: HVAD ER DET, EKSEMPLER OG LØSTE ØVELSER - FYSISK - 2024

Den absorbans er logaritmen med negativt fortegn af kvotienten mellem den frembrydende lys intensitet og det indfaldende lys intensitet på en prøve af gennemskinnelig opløsning, der er blevet belyst med monokromatisk lys. Denne kvotient er transmittansen.

Den fysiske lysproces, der passerer gennem en prøve, kaldes lysoverførsel, og absorbans er et mål for det. Derfor bliver absorbansen transmittansens mindst logaritme og er en vigtig data til bestemmelse af koncentrationen af ​​en prøve, der generelt opløses i et opløsningsmiddel, såsom vand, alkohol eller enhver anden.

Figur 1. Diagram over absorbansprocessen. Udarbejdet af F. Zapata

For at måle absorbans kræves en enhed kaldet et elektrofotometer, med hvilken en strøm måles, der er proportional med lysintensiteten, der er indfaldet på dens overflade.

Ved beregning af transmittering måles generelt intensitetssignalet, der svarer til opløsningsmidlet alene, først, og dette resultat registreres som Io.

Derefter anbringes den opløste prøve i opløsningsmidlet under de samme lysforhold. Signalet målt ved elektrofotometret betegnes som I, hvilket gør det muligt at beregne transmissionen T ifølge den følgende formel:

T = I / I eller

Det er en dimensionløs mængde. Absorbansen A udtrykkes således som:

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

Molær absorbans og absorptivitet

Molekylerne, der udgør et kemisk stof, er i stand til at absorbere lys, og et mål heraf er netop absorbans. Det er resultatet af interaktionen mellem fotoner og molekylære elektroner.

Derfor er det en størrelse, der afhænger af densiteten eller koncentrationen af ​​molekylerne, der udgør prøven, og også af den optiske bane eller afstand, som lyset har rejst.

De eksperimentelle data indikerer, at absorbansen A er lineært proportional med koncentrationen C og afstanden d tilbagelagt af lyset. Så for at beregne det baseret på disse parametre, kan følgende formel etableres:

A = ε⋅C⋅d

I ovennævnte formel er e en konstant af proportionalitet kendt som molabsorptivitet.

Molær absorptionsevne afhænger af typen af ​​stof og af bølgelængden, hvorpå absorbansen måles. Molær absorptivitet er også følsom over for prøvetemperatur og prøve-pH.

Beer-Lambert lov

Dette forhold mellem absorbans, absorptivitet, koncentration og afstand af tykkelsen på den sti, som lyset følger inden i prøven, er kendt som Beer-Lambert-loven.

Figur 2. Beer-Lambert's Law. Kilde: F. Zapata, Her er nogle eksempler på, hvordan du bruger det.

eksempler

Eksempel 1

Under et eksperiment lyses en prøve med rødt lys fra en helium-neon-laser, hvis bølgelængde er 633 nm. Et elektrofotometer måler 30 mV, når laserlys rammer direkte og 10 mV, når det passerer gennem en prøve.

I dette tilfælde er transmissionen:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

Og absorbansen er:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Eksempel 2

Hvis det samme stof er anbragt i en beholder, der er halvt tykkelsen af ​​den, der blev anvendt i eksempel 1, fortæl, hvor meget elektrofotometeret vil markere, når lyset fra helium-neon-laser føres gennem prøven.

Det må overvejes, at hvis tykkelsen falder med halvdelen, aftager absorbansen, der er proportional med den optiske tykkelse med halvdelen, det vil sige A = 0,28. Transmissionen T gives ved følgende forhold:

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

Elektrofotometeret læser 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Løst øvelser

Øvelse 1

Vi ønsker at bestemme den molære absorptivitet af en bestemt proprietær forbindelse, der er i opløsning. For at gøre dette lyser opløsningen med lys fra en 589 nm natriumlampe. Prøven placeres i en prøveholder 1,50 cm tyk.

Udgangspunktet er en opløsning med en koncentration på 4,00 x 10 ^ -4 mol pr. Liter, og transmissionen er målt, hvilket resulterer i 0,06. Ved hjælp af disse data bestemmes prøvens molære absorptivitet.

Løsning

Først bestemmes absorbansen, der er defineret som den mindst logaritme, der baserer ti af transmittansen:

A = - log (T)

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

Derefter anvendes Lambert-Beer-loven, der skaber et forhold mellem absorbans, molær absorptivitet, koncentration og optisk længde:

A = ε⋅C⋅d

Følgende forhold opnås ved at opløse for molær absorptivitet:

ε = A / (C⋅d)

i stedet for de givne værdier, vi har:

ε = 1,22 / (4,00 × 10 ^ -4 M1,5 cm) = 2030 (M⋅cm) ^ - 1

Ovenstående resultat er afrundet til tre betydelige cifre.

Øvelse 2

For at forbedre præcisionen og bestemme fejlen ved måling af den molære absorptivitet af prøven i øvelse 1 fortyndes prøven successivt til halvdelen af ​​koncentrationen, og transmissionen måles i hvert tilfælde.

Fra Co = 4 × 10 ^ -4 M med transmission T = 0,06 opnås følgende datasekvens for transmission og absorbans beregnet ud fra transmissionen:

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

Med disse data udføres:

a) En graf over absorbans som en funktion af koncentration.

b) En lineær pasning af dataene og find hældningen.

c) Fra den opnåede hældning beregnes den molære absorptivitet.

Løsning

Figur 3. Absorbans vs koncentration. Kilde: F. Zapata.

Den opnåede hældning er produktet af den molære absorptionsevne og den optiske afstand, så ved at dele hældningen med længden 1,5 cm opnår vi den molære absorptivitet

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

Øvelse 3

Med dataene fra øvelse 2:

a) Beregn absorptiviteten for hvert stykke data.

b) Bestemm en gennemsnitsværdi for den molære absorptivitet, dens standardafvigelse og den statistiske fejl, der er forbundet med gennemsnittet.

Løsning

Den molære absorptivitet beregnes for hver af de testede koncentrationer. Husk, at lysforholdene og den optiske afstand forbliver faste.

Resultaterne for molær absorptivitet er:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1.872, 1862 i enheder på 1 / (M * cm).

Fra disse resultater kan vi tage gennemsnitsværdien:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Med en standardafvigelse på: 184 (M * cm) ^ - 1

Den gennemsnitlige fejl er standardafvigelsen divideret med kvadratroten af ​​antallet af data, det vil sige:

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

Endelig konkluderes det, at det patenterede stof har en molær absorptivitet ved frekvensen 589 nm produceret af en natriumlampe med:

<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

Referencer

1. Atkins, P. 1999. Fysisk kemi. Omega-udgaver. 460-462.
2. Guiden. Transmission og absorbans. Gendannes fra: quimica.laguia2000.com
3. Miljøtoksikologi. Transmission, absorbans og Lamberts lov. Gendannes fra: repositorio.innovacionumh.es
4. Fysisk eventyr. Absorbans og transmission. Gendannes fra: rpfisica.blogspot.com
5. Spektofotometri. Gendannes fra: chem.libretexts.org
6. Miljøtoksikologi. Transmission, absorbans og Lamberts lov. Gendannes fra: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. absorbans Gendannet fra: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektrofotometri. Gendannet fra: wikipedia.com