Πώς να υπολογίσετε τη συγκέντρωση χρησιμοποιώντας την απορρόφηση
Όταν διεξάγετε ένα επιστημονικό πείραμα, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε ότι έχετε τη σωστή συγκέντρωση των διαφορετικών χημικών ουσιών που εμπλέκονται. Είναι επίσης σημαντικό να μπορείτε να υπολογίσετε τη συγκέντρωση για να προσδιορίσετε πόσο από ένα αντιδρών έχει εξαντληθεί σε μια αντίδραση ή πόσο προϊόν έχει παραχθεί.
Για το σκοπό αυτό, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τον νόμο Beer-Lambert (που μπορεί να ονομαστεί και «νόμος της μπύρας») προκειμένου να υπολογιστεί η συγκέντρωση από την απορρόφηση. Η επόμενη ενότητα θα ορίσει ορισμένα βασικά στοιχεία για την πρακτική χρήση του νόμου της μπύρας.
Τι είναι ο νόμος Beer-Lambert;
Αυτός ο νόμος συσχετίζει την εξασθένηση του φωτός καθώς διασχίζει ένα υλικό με τις φυσικές ιδιότητες αυτού του υλικού. Μία από τις πιο κοινές χρήσεις αυτού του νόμου κάνει χρήση της φασματοσκοπίας απορρόφησης UV-Vis.
Ας πούμε ότι λάμπεις λίγο ορατό φως μέσα από ένα υλικό. Μέρος αυτού του φωτός θα περάσει από την άλλη πλευρά του υλικού, αλλά πιθανότατα δεν θα είναι όλο το φως που είχε αρχικά ακτινοβολήσει. Ό,τι φως δεν περνάει από την άλλη πλευρά απορροφάται .
Η ποσότητα του φωτός που απορροφάται είναι ανάλογη με το μήκος της φωτεινής διαδρομής (l). Πρακτικά, αυτό είναι το δοχείο, συνήθως μια κυβέτα, μέσα στο οποίο συγκρατείται το εν λόγω υλικό.
Η σχέση απορρόφησης και συγκέντρωσης (γ) είναι αναλογική . Συνήθως, όσο πιο συμπυκνωμένη είναι μια ουσία, τόσο περισσότερο φως θα απορροφηθεί. (Λάβετε υπόψη αυτήν την ποσότητα· πρακτικά, είναι αυτό που σας ενδιαφέρει περισσότερο!).
Έτσι η απορρόφηση (Α) του υλικού σχετίζεται με την αρχική ένταση του φωτός, I0 , και η μεταδιδόμενη ένταση του φωτός (αυτό που πέρασε από την άλλη άκρη), I. Αυτές οι ποσότητες μπορούν να συσχετιστούν με την ακόλουθη εξίσωση.
Εφόσον γνωρίζετε ότι η απορρόφηση είναι ανάλογη τόσο με τη συγκέντρωση (c) όσο και με το μήκος διαδρομής (l), μπορείτε να το συσχετίσετε με τις ποσότητες αυτής της εξίσωσης ως έχουν:
Σε αυτήν την εξίσωση, ϵ είναι η μοριακή απορροφητικότητα ή τον μοριακό συντελεστή απόσβεσης. Αυτή η τιμή είναι ένας συντελεστής και είναι εγγενής στην απορρόφηση της εν λόγω ουσίας ή υλικού σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός.
Μονάδες και νόμος της μπύρας
Καθώς είναι πάντα απαραίτητο για την πρακτική εφαρμογή των εξισώσεων, πρέπει να γνωρίζετε τις μονάδες για κάθε στοιχείο που εμπλέκεται.
Η συγκέντρωση (γ) έχει συγκέντρωση M ή moles ανά λίτρο (mol L). Η διαδρομή φωτός (l) αναφέρεται συνήθως σε εκατοστά (cm). Η μοριακή απορροφητικότητα αναφέρεται συνήθως σε λίτρα ανά mole-cm (L mol cm). Κατά τον πολλαπλασιασμό των c, l και ϵ, όλες οι μονάδες ακυρώνονται. Ως εκ τούτου, προκύπτει ότι η απορρόφηση είναι χωρίς μονάδα.
Χρήση του νόμου της μπύρας για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης
Ας πούμε ότι έχετε μια κόκκινη βαφή σε ένα διάλυμα. Πώς θα υπολογίζατε τη συγκέντρωση της βαφής στο διάλυμα;
Η τροφική βαφή Red #40 έχει μοριακή απορροφητικότητα 25.900 L molcm σε μήκος κύματος 501 nm. Τοποθετείτε 1 mL του διαλύματος σε κυβέτα πλάτους 1 cm. Η μετρούμενη απορρόφηση είναι 0,17. Ποια είναι η συγκέντρωση;
Συνδέστε τις γνωστές τιμές (A, ϵ και l) στον νόμο της μπύρας και, στη συνέχεια, λύστε τη συγκέντρωση:
Λοιπόν:
Επίλυση για συγκέντρωση:
Το να μιλάμε για μια τόσο μικροσκοπική μοριακότητα είναι κάπως δυσκίνητο. Οι επιστήμονες συχνά το μετατρέπουν σε μικρομοριακό, έτσι ώστε να είναι ευκολότερο να μιλήσουμε. Για να το κάνετε αυτό, πολλαπλασιάστε τον αριθμό με το 10. Επομένως, η συγκέντρωση του κόκκινου #40 σε αυτό το διάλυμα είναι 6,56 μΜ.
