PRIJENOS: ŠTO JE TO, DIJAGRAM MOLEKULARNE ENERGIJE I VJEŽBA - FIZIČKA - 2024

Prozračnost optika je omjer nastajanju intenziteta svjetla i intenzitet upadne svjetlosti na uzorku od prozirne otopine koja je osvijetljena s monokromatske svjetlosti.

Fizički proces prolaska svjetlosti kroz uzorak naziva se prijenos svjetlosti, a propusnost je mjera prijenosa svjetlosti. Transmitantnost je važna vrijednost za određivanje koncentracije uzorka koji je općenito između ostalog otopljen u otapalu poput vode ili alkohola.

Slika 1. Sklop za mjerenje propusnosti. Izvor: F. Zapata.

Elektro-fotometar mjeri struju proporcionalnu intenzitetu svjetlosti koja pada na njegovu površinu. Da bi se izračunala prijenosnost, obično se najprije mjeri signal intenziteta koji odgovara samo otapalu i taj se rezultat bilježi kao Io.

Tada se otopljeni uzorak stavi u otapalo s istim uvjetima osvjetljenja, a signal izmjeren elektrofotometrom označi se kao I, tada se propusnost izračunava prema sljedećoj formuli:

T = I / I ili

Treba napomenuti da je propusnost bezdimenzionalna količina, jer je mjera svjetlosnog intenziteta uzorka u odnosu na intenzitet prijenosa otapala.

Što je propusnost?

Apsorpcija svjetlosti u mediju

Kad svjetlost prođe kroz uzorak, dio svjetlosne energije apsorbiraju molekule. Transmitantnost je makroskopska mjera fenomena koji se događa na molekularnoj ili atomskoj razini.

Svjetlost je elektromagnetski val, energija koju nosi nalazi se u električnom i magnetskom polju vala. Ta oscilirajuća polja međusobno djeluju s molekulama neke tvari.

Energija koju nosi val ovisi o njegovoj frekvenciji. Monokromatska svjetlost ima jednu frekvenciju, dok bijela svjetlost ima raspon ili spektar frekvencija.

Sve frekvencije elektromagnetskog vala putuju u vakuumu istom brzinom od 300 000 km / s. Ako c označimo brzinom svjetlosti u vakuumu, odnos između frekvencije f i valne duljine λ je:

c = λ⋅f

Budući da je c konstanta, svaka frekvencija odgovara njegovoj valnoj duljini.

Za mjerenje propusnosti neke tvari koriste se područja vidljivog elektromagnetskog spektra (380 nm do 780 nm), ultraljubičasto područje (180 do 380 nm) i infracrveno područje (780 nm do 5600 nm).

Brzina širenja svjetlosti u materijalnom mediju ovisi o frekvenciji i manja je od c. To objašnjava raspršenje u prizmi s kojom se mogu razdvojiti frekvencije koje čine bijelo svjetlo.

Molekularna teorija apsorpcije svjetlosti

Ti se prijelazi najbolje razumiju dijagramom molekularne energije prikazanim na slici 2:

Slika 2. Dijagram molekulske energije. Izvor: F. Zapata.

Na dijagramu horizontalne linije predstavljaju različite razine molekularne energije. Linija E0 je osnovna ili niža razina energije. Razine E1 i E2 su uzbuđena razina više energije. Razine E0, E1, E2 odgovaraju elektronskim stanjima molekule.

Podrazredi 1, 2, 3, 4 unutar svake elektroničke razine odgovaraju različitim vibracijskim stanjima koja odgovaraju svakoj elektroničkoj razini. Svaka od tih razina ima finije pododjeljke za koje nije pokazano da odgovaraju rotacijskim stanjima koja su povezana sa svakom vibracijskom razinom.

Dijagram prikazuje vertikalne strelice koje predstavljaju energiju fotona u infracrvenom, vidljivom i ultraljubičastom rasponu. Kao što se može vidjeti, infracrveni fotoni nemaju dovoljno energije za poticanje elektroničkih prijelaza, dok vidljivo i ultraljubičasto zračenje djeluju.

Kada se incidentni fotoni monokromatske zrake podudaraju u energiji (ili frekvenciji) s energetskom razlikom između stanja molekularne energije, tada dolazi do apsorpcije fotona.

Čimbenici od kojih ovisi prijenosnost

Prema onome što je rečeno u prethodnom odjeljku, prijenosnost će tada ovisiti o nekoliko čimbenika, među kojima možemo imenovati:

1- Učestalost osvjetljenja uzorka

2- Vrsta molekula koje treba analizirati.

3- Koncentracija otopine.

4- Duljina staze koju je putovao svjetlosni snop.

Eksperimentalni podaci pokazuju da se propusnost T eksponencijalno smanjuje s koncentracijom C i s duljinom L optičkog puta:

T = 10 ^-a⋅C⋅L

U izrazu iznad a je konstanta koja ovisi o učestalosti i vrsti tvari.

Vježba riješena

Vježba 1

Standardni uzorak određene tvari ima koncentraciju 150 mikromola po litri (µM). Kada se njezina propusnost mjeri svjetlošću od 525 nm, dobiva se propusnost od 0,4.

Drugi uzorak iste tvari, ali nepoznate koncentracije, ima propusnost 0,5, mjereno istom frekvencijom i istom optičkom debljinom.

Izračunajte koncentraciju drugog uzorka.

Odgovor

Prodajna vrijednost T propada eksponencijalno uz koncentraciju C:

T = 10 ^-b⋅L

Ako se uzme logaritam prethodne jednakosti, ostaje:

log T = -b⋅C

Dijelivši član na član, prethodna jednakost primijenjena na svaki uzorak i rješava se za nepoznatu koncentraciju ostaje:

C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)

C2 = 150 μM⋅ (log 0,5 / log 0,4) = 150 μM⋅ (-0,3030 / -0,3979) = 113,5 μM

Reference

1. Atkins, P. 1999. Fizička kemija. Omega izdanja. 460-462.
2. Vodič. Prolaznost i apsorbancija. Oporavak od: quimica.laguia2000.com
3. Toksikologija okoliša. Prijenos, apsorpcija i Lambertov zakon. Oporavak od: repositorio.innovacionumh.es
4. Fizička avantura. Apsorbancija i propusnost. Oporavak od: rpfisica.blogspot.com
5. Spectophotometry. Oporavak od: chem.libretexts.org
6. Toksikologija okoliša. Prijenos, apsorpcija i Lambertov zakon. Oporavak od: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Prozračnost. Oporavilo sa: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektrofotometrija. Oporavilo sa: wikipedia.com