PŘENOS: CO TO JE, DIAGRAM MOLEKULÁRNÍ ENERGIE A CVIČENÍ - FYZICKÝ - 2025

Propustnost optika je poměr vznikající intenzitě světla a dopadající intenzita světla na vzorku průsvitného roztoku, která byla osvětlena monochromatického světla.

Fyzický proces průchodu světla vzorkem se nazývá propustnost světla a propustnost je mírou propustnosti světla. Propustnost je důležitá hodnota pro stanovení koncentrace vzorku, který je obecně rozpuštěn v rozpouštědle, jako je voda nebo alkohol, mimo jiné.

Obrázek 1. Sestava pro měření propustnosti. Zdroj: F. Zapata.

Elektrofotometr měří proud úměrný intenzitě světla, která dopadá na jeho povrch. Pro výpočet propustnosti je nejprve měřen intenzitní signál odpovídající samotnému rozpouštědlu a tento výsledek je zaznamenán jako Io.

Poté se rozpuštěný vzorek umístí do rozpouštědla za stejných světelných podmínek a signál měřený elektrofotometrem se označí jako I, pak se propustnost vypočítá podle následujícího vzorce:

T = I / I nebo

Je třeba poznamenat, že propustnost je bezrozměrná veličina, protože se jedná o míru svítivosti vzorku ve vztahu k intenzitě přenosu rozpouštědla.

Co je to propustnost?

Absorpce světla v médiu

Když světlo prochází vzorkem, molekuly absorbují část světelné energie. Transmitance je makroskopická míra jevu, který se vyskytuje na molekulární nebo atomové úrovni.

Světlo je elektromagnetická vlna, energie, kterou nese, je v elektrickém a magnetickém poli vlny. Tato oscilační pole interagují s molekulami látky.

Energie nesená vlnou závisí na její frekvenci. Monochromatické světlo má jednu frekvenci, zatímco bílé světlo má rozsah nebo spektrum frekvencí.

Všechny frekvence elektromagnetické vlny se pohybují ve vakuu stejnou rychlostí 300 000 km / s. Pokud označíme c rychlostí světla ve vakuu, vztah mezi frekvencí f a vlnovou délkou λ je:

c = λ⋅f

Protože c je konstanta, každá frekvence odpovídá své příslušné vlnové délce.

K měření propustnosti látky se používají oblasti viditelného elektromagnetického spektra (380 nm až 780 nm), ultrafialová oblast (180 až 380 nm) a infračervená oblast (780 nm až 5600 nm).

Rychlost šíření světla v materiálním médiu závisí na frekvenci a je menší než c. Toto vysvětluje rozptyl v hranolu, pomocí kterého lze oddělit frekvence, které tvoří bílé světlo.

Molekulární teorie absorpce světla

Tyto přechody lze nejlépe pochopit pomocí diagramu molekulární energie znázorněného na obrázku 2:

Obrázek 2. Molekulární energetický diagram. Zdroj: F. Zapata.

V diagramu představují vodorovné čáry různé úrovně molekulární energie. Řádek E0 je základní nebo nižší hladina energie. Úrovně E1 a E2 jsou vzrušené úrovně vyšší energie. Hladiny E0, El, E2 odpovídají elektronickým stavům molekuly.

Úrovně 1, 2, 3, 4 v každé elektronické úrovni odpovídají různým vibračním stavům odpovídajícím každé elektronické úrovni. Každá z těchto úrovní má jemnější členění, o kterém není ukázáno, že odpovídá rotačním stavům spojeným s každou vibrační úrovní.

Diagram ukazuje svislé šipky představující energii fotonů v infračerveném, viditelném a ultrafialovém pásmu. Jak je vidět, infračervené fotony nemají dostatek energie k podpoře elektronických přechodů, zatímco viditelné a ultrafialové záření ano.

Když se dopadající fotony monochromatického paprsku shodují v energii (nebo frekvenci) s energetickým rozdílem mezi stavy molekulární energie, dochází k absorpci fotonů.

Faktory, na kterých závisí propustnost

Podle toho, co bylo řečeno v předchozí části, bude propustnost záviset na několika faktorech, mezi nimiž lze jmenovat:

1 - Frekvence, se kterou je vzorek osvětlen.

2 - Typ molekul, které mají být analyzovány.

3 - Koncentrace roztoku.

4 - Délka dráhy, kterou prošel světelný paprsek.

Experimentální data ukazují, že propustnost T exponenciálně klesá s koncentrací C a délkou L optické dráhy:

T = 10- ^a⋅C⋅L

Ve výše uvedeném výrazu a je konstanta, která závisí na frekvenci a typu látky.

Cvičení vyřešeno

Cvičení 1

Standardní vzorek určité látky má koncentraci 150 mikromolů na litr (μM). Když se měří jeho propustnost světlem 525 nm, získá se propustnost 0,4.

Jiný vzorek stejné látky, ale o neznámé koncentraci, má propustnost 0,5, pokud se měří při stejné frekvenci a se stejnou optickou tloušťkou.

Vypočítejte koncentraci druhého vzorku.

Odpověď

Propustnost T exponenciálně klesá s koncentrací C:

T = 10 ^-b⋅L

Pokud se vezme logaritmus předchozí rovnosti, zůstává:

log T = -b⋅C

Dělící člen po členu předchozí rovnost aplikovaná na každý vzorek a řešení neznámé koncentrace zůstává:

C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)

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

Reference

1. Atkins, P. 1999. Fyzikální chemie. Vydání Omega. 460-462.
2. Průvodce. Transmitance a absorbance. Obnoveno z: quimica.laguia2000.com
3. Toxikologie prostředí. Přenos, absorbance a Lambertův zákon. Obnoveno z: repositorio.innovacionumh.es
4. Fyzické dobrodružství. Absorbance a propustnost. Obnoveno z: rpfisica.blogspot.com
5. Spektofotometrie. Obnoveno z: chem.libretexts.org
6. Toxikologie prostředí. Přenos, absorbance a Lambertův zákon. Obnoveno z: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Přenos. Obnoveno z: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektrofotometrie. Obnoveno z: wikipedia.com