TRANSMITENȚĂ: CE ESTE, DIAGRAMA ENERGIEI MOLECULARE ȘI EXERCIȚII FIZICE - FIZIC - 2025

Factorul de transmisie optică este raportul dintre intensitatea luminii emergente și incidentul intensitatea luminii pe un eșantion de soluție translucidă , care a fost iluminate cu lumină monocromatică.

Procesul fizic de trecere a luminii printr-un eșantion se numește transmisie de lumină, iar transmitența este o măsură a transmisiei luminii. Transmitența este o valoare importantă pentru a determina concentrația unei probe care este, în general, dizolvată într-un solvent, cum ar fi apa sau alcoolul, printre altele.

Figura 1. Ansamblu pentru măsurarea transmisiei. Sursa: F. Zapata.

Un electromotometru măsoară un curent proporțional cu intensitatea luminii care cade pe suprafața sa. Pentru a calcula transmitența, semnalul de intensitate corespunzător singurului solvent este, în general, măsurat în primul rând și acest rezultat este înregistrat ca Io.

Apoi, proba dizolvată este plasată în solvent cu aceleași condiții de iluminare, iar semnalul măsurat de electro-fotometru este notat ca I, apoi transmitența este calculată după următoarea formulă:

T = I / I sau

Trebuie menționat că transmitența este o cantitate fără dimensiuni, deoarece este o măsură a intensității luminoase a unui eșantion în raport cu intensitatea transmisiei solventului.

Ce este transmitența?

Absorbția luminii într-un mediu

Când lumina trece printr-un eșantion, o parte din energia luminii este absorbită de molecule. Transmitența este măsura macroscopică a unui fenomen care se produce la nivel molecular sau atomic.

Lumina este o undă electromagnetică, energia pe care o transportă se află în câmpul electric și magnetic al undei. Aceste câmpuri oscilante interacționează cu moleculele unei substanțe.

Energia transportată de undă depinde de frecvența sa. Lumina monocromatică are o frecvență unică, în timp ce lumina albă are un interval sau un spectru de frecvențe.

Toate frecvențele unei unde electromagnetice circulă într-un vid la aceeași viteză de 300.000 km / s. Dacă notăm prin c viteza luminii în vid, relația dintre frecvența f și lungimea de undă λ este:

c = λ⋅f

Deoarece c este o constantă, fiecare frecvență corespunde lungimii de undă respective.

Pentru a măsura transmitanța unei substanțe, se utilizează regiunile spectrului electromagnetic vizibil (380 nm până la 780 nm), regiunea ultravioletă (180 la 380 nm) și infraroșul (780 nm la 5600 nm).

Viteza de propagare a luminii într-un mediu material depinde de frecvență și este mai mică de c. Acest lucru explică împrăștierea într-o prismă cu care pot fi separate frecvențele care alcătuiesc lumina albă.

Teoria moleculară a absorbției luminii

Aceste tranziții sunt cel mai bine înțelese cu o diagramă a energiei moleculare prezentată în figura 2:

Figura 2. Diagrama energiei moleculare. Sursa: F. Zapata.

În diagrama liniile orizontale reprezintă diferite niveluri de energie moleculară. Linia E0 este un nivel de energie fundamental sau mai scăzut. Nivelurile E1 și E2 sunt niveluri excitate de energie mai mare. Nivelurile E0, E1, E2 corespund stărilor electronice ale moleculei.

Sublivele 1, 2, 3, 4 din fiecare nivel electronic corespund diferitelor stări vibraționale corespunzătoare fiecărui nivel electronic. Fiecare dintre aceste niveluri are subdiviziuni mai fine, care nu se arată că corespund stărilor de rotație asociate cu fiecare nivel vibrațional.

Diagrama prezintă săgeți verticale reprezentând energia fotonilor în intervalele infraroșu, vizibile și ultraviolete. După cum se poate observa, fotonii cu infraroșu nu au suficientă energie pentru a promova tranzițiile electronice, în timp ce radiațiile vizibile și ultraviolete.

Atunci când fotonii incidenti ai unui fascicul monocromatic coincid în energie (sau frecvență) cu diferența de energie dintre stările de energie moleculară, atunci are loc absorbția fotonilor.

Factorii de care depinde transmitența

Conform celor spuse în secțiunea anterioară, transmitența va depinde apoi de mai mulți factori, dintre care putem numi:

1- Frecvența cu care este iluminat eșantionul.

2- Tipul de molecule de analizat.

3- Concentrația soluției.

4- Lungimea traseului parcurs de fasciculul de lumină.

Datele experimentale indică faptul că transmitanța T scade exponențial cu concentrația C și cu lungimea L a căii optice:

T = 10 ^-a⋅C⋅L

În expresia de mai sus a este o constantă care depinde de frecvența și tipul de substanță.

Exercițiu rezolvat

Exercitiul 1

Un eșantion standard dintr-o anumită substanță are o concentrație de 150 micromoli pe litru (μM). Când transmitența sa este măsurată cu o lumină de 525 nm, se obține o transmisie de 0,4.

Un alt eșantion din aceeași substanță, dar cu o concentrație necunoscută, are o transmisie de 0,5, atunci când este măsurat la aceeași frecvență și cu aceeași grosime optică.

Calculați concentrația celui de-al doilea eșantion.

Răspuns

Transmitanța T se descompune exponențial cu concentrația C:

T = 10 ^-b⋅L

Dacă se ia logaritmul egalității anterioare, rămâne:

jurnal T = -b⋅C

Împărțirea membrului pe membru egalitatea anterioară aplicată fiecărui eșantion și soluționarea concentrării necunoscute rămâne:

C2 = C1⋅ (log T2 / jurnal T1)

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

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. Transmitanță. Recuperat de la: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spectrofotometrie. Recuperat de la: wikipedia.com