ABSORBȚIE: CE ESTE, EXEMPLE ȘI EXERCIȚII REZOLVATE - FIZIC - 2025

Absorbanta este logaritmul cu semn negativ al coeficientului între intensitatea luminii emergente și intensitatea luminii incidente pe o probă de soluție translucid , care a fost iluminate cu lumină monocromatică. Acest coeficient este transmitența.

Procesul fizic al luminii care trece printr-un eșantion se numește transmisie de lumină, iar absorbția este o măsură a acesteia. Prin urmare, absorbanța devine cel mai puțin logaritm al transmisiei și este o informație importantă pentru a determina concentrația unei probe care este, în general, dizolvată într-un solvent, cum ar fi apa, alcoolul sau orice alt fel.

Figura 1. Schema procesului de absorbție. Pregătit de F. Zapata

Pentru a măsura absorbția, este necesar un dispozitiv numit electro-fotometru, cu care este măsurat un curent care este proporțional cu incidentul de intensitate a luminii de pe suprafața sa.

Atunci când se calculează transmitanța, semnalul de intensitate corespunzător singurului solvent este în general măsurat mai întâi și acest rezultat este înregistrat ca Io.

Apoi, proba dizolvată este plasată în solvent în aceleași condiții de iluminare. Semnalul măsurat de electro-fotometru este notat ca I, ceea ce permite transmitența T să fie calculată după următoarea formulă:

T = I / I sau

Este o cantitate fără dimensiuni. Absorbanța A este exprimată astfel:

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

Absorbanță și absorbție molară

Moleculele care alcătuiesc o substanță chimică sunt capabile să absoarbă lumina, iar o măsură a acesteia este tocmai absorbția. Este rezultatul interacțiunii dintre fotoni și electroni moleculari.

Prin urmare, este o magnitudine care va depinde de densitatea sau concentrația moleculelor care alcătuiesc eșantionul, precum și de calea optică sau distanța parcursă de lumină.

Datele experimentale indică faptul că absorbția A este liniar proporțională cu concentrația C și distanța d parcursă de lumină. Deci, pentru a o calcula pe baza acestor parametri, se poate stabili următoarea formulă:

A = ε⋅C⋅d

În formula de mai sus, ε este o constantă a proporționalității cunoscută sub numele de absorbție molară.

Absorbtivitatea molară depinde de tipul de substanță și de lungimea de undă la care este măsurată absorbția. Absorbtivitatea molară este, de asemenea, sensibilă la temperatura probei și la pH-ul probei.

Legea berii-Lambert

Această relație între absorbție, absorbție, concentrație și distanța de grosime a căii pe care o urmează lumina în cadrul eșantionului este cunoscută sub numele de legea Beer-Lambert.

Figura 2. Legea berii-Lambert. Sursa: F. Zapata,

Iată câteva exemple despre cum să-l folosești.

Exemple

Exemplul 1

În timpul unui experiment, un eșantion este iluminat cu lumină roșie dintr-un laser cu heliu-neon, a cărui lungime de undă este de 633 nm. Un electromotometru măsoară 30 mV când lumina laser lovește direct și 10 mV când trece printr-o probă.

În acest caz, transmitența este:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

Și absorbția este:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Exemplul 2

Dacă aceeași substanță este plasată într-un recipient care este la jumătatea grosimii celui utilizat în Exemplul 1, spuneți cât de mult va marca electro-fotometrul atunci când lumina de la laserul de heliu-neon este trecută prin probă.

Trebuie considerat că dacă grosimea scade la jumătate, atunci absorbția care este proporțională cu grosimea optică scade cu jumătate, adică A = 0,28. Transmitența T va fi dată de următoarea relație:

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

Electrofotometrul va citi 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Exerciții rezolvate

Exercitiul 1

Vrem să determinăm absorbția molară a unui anumit compus proprietar care se află în soluție. Pentru a face acest lucru, soluția este iluminată cu lumină de la o lampă de sodiu de 589 nm. Proba va fi plasată într-un suport pentru eșantion grosime de 1,50 cm.

Punctul de pornire este o soluție cu o concentrație de 4,00 × 10 ^ -4 moli pe litru și se măsoară transmitanța, rezultând 0,06. Folosind aceste date, determinați absorbția molară a eșantionului.

Soluţie

În primul rând, este determinată absorbanța, care este definită ca cea mai mică logaritmă pentru a se baza pe zece din transmitanță:

A = - jurnal (T)

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

Apoi se utilizează legea Lambert-Beer care stabilește o relație între absorbție, absorbția molară, concentrație și lungimea optică:

A = ε⋅C⋅d

Rezolvând absorbția molară, se obține următoarea relație:

ε = A / (C⋅d)

substituind valorile date avem:

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

Rezultatul de mai sus a fost rotunjit la trei cifre semnificative.

Exercițiul 2

Pentru a îmbunătăți precizia și a determina eroarea de măsurare a absorbției molare a eșantionului din exercițiul 1, eșantionul este diluat succesiv la jumătate din concentrație și se transmite transmitanța în fiecare caz.

Pornind de la Co = 4 × 10 ^ -4 M cu transmitanța T = 0,06, se obține următoarea secvență de date pentru transmitența și absorbanța calculată din transmisie:

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

Cu aceste date se efectuează:

a) Un grafic al absorbției ca funcție de concentrare.

b) O potrivire liniară a datelor și a găsi panta.

c) Din panta obținută, calculați absorbția molară.

Soluţie

Figura 3. Absorbție față de concentrare. Sursa: F. Zapata.

Panta obținută este produsul absorbției molare și a distanței optice, deci împărțind panta cu lungimea de 1,5 cm obținem absorbția molară

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (Mcm) ^ - 1

Exercițiul 3

Cu datele din exercițiul 2:

a) Calculați absorbtivitatea pentru fiecare informație.

b) Determinați o valoare medie pentru absorbția molară, abaterea ei standard și eroarea statistică asociată cu media.

Soluţie

Absorbtivitatea molară este calculată pentru fiecare dintre concentrațiile testate. Nu uitați că condițiile de iluminare și distanța optică rămân fixe.

Rezultatele pentru absorbția molară sunt:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1.872, 1862 în unități de 1 / (M * cm).

Din aceste rezultate putem lua valoarea medie:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Cu o abatere standard de: 184 (M * cm) ^ - 1

Eroarea medie este abaterea standard divizată la rădăcina pătrată a numărului de date, adică:

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

În cele din urmă, se concluzionează că substanța patentată are o absorbție molară la frecvența 589 nm produsă de o lampă de sodiu de:

<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

Referințe

1. Atkins, P. 1999. Chimie fizică. Ediții Omega. 460-462.
2. Ghidul. Transmitență și absorbție. Recuperat din: quimica.laguia2000.com
3. Toxicologie de mediu. Transmitență, absorbție și legea lui Lambert. Recuperat din: repositorio.innovacionumh.es
4. Aventura fizică. Absorbanta si transmisie. Recuperat de la: rpfisica.blogspot.com
5. Spectophotometry. Recuperat din: chem.libretexts.org
6. Toxicologie de mediu. Transmitență, absorbție și legea lui Lambert. Recuperat din: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Absorbanta Recuperat de la: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spectrofotometrie. Recuperat de la: wikipedia.com