PRENOSNOST: KAJ JE TO, DIAGRAM MOLEKULARNE ENERGIJE IN VADBA - FIZIČNO - 2026

Prepustnost optika je razmerje nastajajoče jakosti svetlobe in jakost svetlobe incident na vzorcu rešitev prosojnega, ki je osvetljen z monokromatsko svetlobo.

Fizični proces prehajanja svetlobe skozi vzorec se imenuje prepustnost svetlobe, prepustnost pa merilo prenosa svetlobe. Prepustnost je pomembna vrednost za določanje koncentracije vzorca, ki je med drugim na splošno raztopljen v topilu, kot sta voda ali alkohol.

Slika 1. Sklop za merjenje prepustnosti. Vir: F. Zapata.

Elektrofotometer meri tok, sorazmeren intenziteti svetlobe, ki pade na njegovo površino. Za izračun prepustnosti običajno najprej merimo intenzivnostni signal, ki ustreza samemu topilu, in rezultat se zapiše kot Io.

Nato raztopljeni vzorec damo v topilo z enakimi svetlobnimi pogoji in signal, izmerjen z elektrofotometrom, označimo kot I, potem se prepustnost izračuna po naslednji formuli:

T = I / I oz

Upoštevati je treba, da je prepustnost brezdimenzijska količina, ker je merilo svetlobne jakosti vzorca glede na intenzivnost prenosa topila.

Kaj je prepustnost?

Absorpcija svetlobe v mediju

Ko svetloba preide skozi vzorec, del svetlobne energije absorbirajo molekule. Prenosnost je makroskopska mera pojava, ki se pojavi na molekularni ali atomski ravni.

Svetloba je elektromagnetno valovanje, energija, ki jo nosi, je v električnem in magnetnem polju vala. Ta nihajna polja vplivajo na molekule snovi.

Energija, ki jo nosi val, je odvisna od njegove frekvence. Monokromatska svetloba ima enojno frekvenco, bela svetloba pa razpon ali spekter frekvenc.

Vse frekvence elektromagnetnega vala potujejo v vakuumu z enako hitrostjo 300.000 km / s. Če s c označimo hitrost svetlobe v vakuumu, je razmerje med frekvenco f in valovno dolžino λ naslednje:

c = λ⋅f

Ker je c konstanta, vsaka frekvenca ustreza svoji valovni dolžini.

Za merjenje prepustnosti snovi se uporabljajo področja vidnega elektromagnetnega spektra (380 nm do 780 nm), ultravijolično območje (180 do 380 nm) in infrardeče območje (780 nm do 5600 nm).

Hitrost širjenja svetlobe v materialnem mediju je odvisna od frekvence in je manjša od c. To razlaga raztresenost v prizmi, s katero lahko ločimo frekvence, ki sestavljajo belo svetlobo.

Molekularna teorija absorpcije svetlobe

Te prehode najbolje razumemo z diagramom molekularne energije, prikazanim na sliki 2:

Slika 2. Diagram molekulske energije. Vir: F. Zapata.

V diagramu horizontalne črte predstavljajo različne ravni molekularne energije. Linija E0 je osnovna ali nižja raven energije. Ravni E1 in E2 sta vznemirjeni ravni višje energije. Ravni E0, E1, E2 ustrezajo elektronskim stanjem molekule.

Podrazredja 1, 2, 3, 4 znotraj vsake elektronske ravni ustrezajo različnim vibracijskim stanjem, ki ustrezajo vsaki elektronski ravni. Vsaka od teh ravni ima boljše pododdelke, za katere ni prikazano, da ustrezajo rotacijskim stanjem, povezanim z vsako vibracijsko stopnjo.

Diagram prikazuje navpične puščice, ki predstavljajo energijo fotonov v infrardečem, vidnem in ultravijoličnem območju. Kot je razvidno, infrardeči fotoni nimajo dovolj energije za spodbujanje elektronskih prehodov, medtem ko vidno in ultravijolično sevanje.

Ko se vpadljivi fotoni monokromatskega žarka po energiji (ali frekvenci) ujemajo z energijsko razliko med stanji molekularne energije, potem pride do absorpcije fotonov.

Dejavniki, od katerih je odvisna prepustnost

Glede na povedano v prejšnjem razdelku bo prepustnost odvisna od več dejavnikov, med katerimi lahko imenujemo:

1- Frekvenca osvetlitve vzorca

2- Vrsta molekul, ki jih je treba analizirati.

3- Koncentracija raztopine.

4- Dolžina poti, ki jo prehodi svetlobni žarek.

Eksperimentalni podatki kažejo, da se prepustnost T eksponentno zmanjša s koncentracijo C in z dolžino L optične poti:

T = 10 ^-a⋅C⋅L

V izrazu nad a je konstanta, ki je odvisna od pogostosti in vrste snovi.

Vaja rešena

Vaja 1

Standardni vzorec določene snovi ima koncentracijo 150 mikromolov na liter (μM). Ko merimo njeno prepustnost s svetlobo 525 nm, dobimo prehodnost 0,4.

Drugi vzorec iste snovi, vendar neznane koncentracije, ima prehodnost 0,5, če merimo z isto frekvenco in z enako optično debelino.

Izračunajte koncentracijo drugega vzorca.

Odgovori

Prepustnost T razpada eksponentno s koncentracijo C:

T = 10 ^-b⋅L

Če vzamemo logaritem prejšnje enakosti, ostane:

dnevnik T = -b⋅C

Če delimo člana na člana, ostane prejšnja enakost za vsak vzorec in razreši za neznano koncentracijo:

C2 = C1⋅ (dnevnik T2 / dnevnik T1)

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

Reference

1. Atkins, P. 1999. Fizikalna kemija. Izdaje Omega. 460-462.
2. Vodnik. Prepustnost in absorbanca. Pridobljeno: quimica.laguia2000.com
3. Toksikologija okolja. Prepustnost, absorbcija in Lambertov zakon. Pridobljeno: repositorio.innovacionumh.es
4. Fizična pustolovščina. Absorbanca in prepustnost. Pridobljeno: rpfisica.blogspot.com
5. Spektofotometrija. Pridobljeno: chem.libretexts.org
6. Toksikologija okolja. Prepustnost, absorbcija in Lambertov zakon. Pridobljeno: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedija. Oddaja. Pridobljeno: wikipedia.com
8. Wikipedija. Spektrofotometrija. Pridobljeno: wikipedia.com