Právo Beer-Lambert v tom, čo sa skladá, aplikácie a cvičenia riešené



Beer-Lambertov zákon (Beer-Bouguer) je taký, ktorý súvisí s absorpciou elektromagnetického žiarenia jedného alebo viacerých chemických druhov, s jeho koncentráciou a vzdialenosťou, ktorú svetlo prechádza v interakciách častíc a fotónov. Tento zákon spája dva zákony v jednom.

Bouguerov zákon (hoci uznanie sa viac týka Heinricha Lamberta), stanovuje, že vzorka absorbuje viac žiarenia, keď sú rozmery absorpčného alebo materiálneho média väčšie; konkrétne jeho hrúbka, čo je vzdialenosť l ktorý prechádza svetlom pri vstupe a výstupe.

Absorpcia monochromatického žiarenia je znázornená na hornom obrázku; to znamená, že zodpovedá jednej vlnovej dĺžke, λ. Absorpčné médium je vo vnútri optickej bunky, ktorej hrúbka je l, a obsahuje chemické látky s koncentráciou C.

Lúč svetla má počiatočnú a konečnú intenzitu označenú symbolmi I0 a I. Všimnite si, že po interakcii s absorbujúcim médiom je menej ako 10, ktorá ukazuje, že došlo k absorpcii žiarenia. Čím sú starší C a l, menšia bude aj ja0; to znamená, že bude viac absorpcie a menej priepustnosť.

index

  • 1 Čo je Beer-Lambertov zákon??
    • 1.1 Absorbancia a priepustnosť
    • 1.2 Grafika
  • 2 Aplikácie
  • 3 Riešené úlohy
    • 3.1 Cvičenie 1
    • 3.2 Cvičenie 2
  • 4 Odkazy

Čo je Beer-Lambertov zákon??

Horný obrázok dokonale zahŕňa tento zákon. Absorpcia žiarenia vo vzorke sa exponenciálne zvyšuje alebo znižuje v závislosti od C alebo l. Pre pochopenie práva úplne a jednoducho je potrebné načrtnúť jeho matematické aspekty.

Ako som práve spomenul, ja0 a I sú intenzity monochromatického svetelného lúča pred a po svetle. Niektoré texty uprednostňujú použitie symbolov P0 a P, ktoré súvisia s energiou žiarenia a nie s jeho intenzitou. Tu bude vysvetlenie pokračovať s využitím intenzít.

Na linearizáciu rovnice tohto zákona sa musí použiť logaritmus, spravidla základňa 10:

Denník (I0/ I) = εlC

Termín (I0/ I) udáva, koľko intenzita žiarenia produkovaného absorpciou klesá. Lambertov zákon považuje iba l (εl), zatiaľ čo Beerov zákon ignoruje l, ale miesta C namiesto toho (εC). Vyššia rovnica je spojením oboch zákonov, a preto je všeobecným matematickým vyjadrením pre Beer-Lambertov zákon.

Absorbancia a priepustnosť

Absorbance je definovaná termínom Log (I0/ I). Rovnica je teda vyjadrená nasledovne:

A = εlC

Kde ε je extinkčný koeficient alebo molárna absorptivita, ktorá je konštantná pri určitej vlnovej dĺžke.

Všimnite si, že ak je hrúbka absorpčného média udržiavaná konštantná, ako ε, absorbancia A bude závisieť len od koncentrácie C, absorpčných druhov. Okrem toho ide o lineárnu rovnicu, y = mx, kde a je A a x to je C.

So zvyšujúcou sa absorbanciou klesá priepustnosť; to znamená, koľko žiarenia sa prenáša po absorpcii. Sú teda inverznými. Áno, ja0/ I označuje stupeň absorpcie, I / I0 sa rovná priepustnosti. S týmto vedomím:

I / I0 = T

(I0/ I) = 1 / T

Denník (I0/ I) = Denník (1 / T)

Ale, Log (I0/ I) sa tiež rovná absorbancii. Takže vzťah medzi A a T je:

A = Denník (1 / T)

A použitie vlastností logaritmov a s vedomím, že Log1 sa rovná 0:

A = -LogT

Obvykle sú prenosy vyjadrené v percentách:

% T = I / I0∙ 100

grafický

Ako bolo uvedené vyššie, rovnice zodpovedajú lineárnej funkcii; preto sa očakáva, že pri vykreslení budú mať priamku.

Všimnite si, že naľavo od obrázku vyššie máte riadok získaný pri vykresľovaní A proti C, a napravo riadok zodpovedajúci grafu LogT proti C. Jeden má pozitívny sklon a druhý negatívny; čím väčšia je absorbancia, tým nižšia je priepustnosť.

Vďaka tejto linearite je možné určiť koncentráciu absorpčných chemických látok (chromoforov), ak je známe, koľko žiarenia absorbujú (A), alebo koľko žiarenia sa prenáša (LogT). Keď táto linearita nie je pozorovaná, hovorí sa, že je v odchýlke, pozitívnej alebo negatívnej, podľa Beer-Lambertovho zákona.

aplikácie

Vo všeobecnosti sú niektoré z najdôležitejších aplikácií tohto zákona uvedené nižšie:

-Ak chemický druh predstavuje farbu, je to príkladný kandidát, ktorý sa analyzuje kolorimetrickými technikami. Tieto sú založené na zákone Beer-Lambert a umožňujú stanoviť koncentráciu analytov podľa absorbancií získaných spektrofotometrom.

-Umožňuje konštruovať kalibračné krivky, s ktorými sa pri zohľadnení matricového efektu vzorky stanoví koncentrácia príslušného druhu..

-Široko sa používa na analýzu proteínov, pretože niekoľko aminokyselín predstavuje dôležité absorpcie v ultrafialovej oblasti elektromagnetického spektra..

-Chemické reakcie alebo molekulárne javy, ktoré znamenajú zmenu sfarbenia, možno analyzovať pomocou hodnôt absorbancie pri jednej alebo viacerých vlnových dĺžkach..

-Pomocou multivariačnej analýzy je možné analyzovať komplexné zmesi chromoforov. Týmto spôsobom je možné určiť koncentráciu všetkých analytov a navyše klasifikovať zmesi a odlíšiť ich od seba; napríklad vyhodiť, ak dva rovnaké minerály pochádzajú z rovnakého kontinentu alebo z konkrétnej krajiny.

Vyriešené cvičenia

Cvičenie 1

Aká je absorbancia roztoku, ktorý má priepustnosť 30% pri vlnovej dĺžke 640 nm?

Na jeho vyriešenie stačí použiť definície absorbancie a priepustnosti.

% T = 30

T = (30/100) = 0,3

A s vedomím, že A = -LogT, výpočet je priamy:

A = -Log 0,3 = 0,5228

Všimnite si, že nemá žiadne jednotky.

Cvičenie 2

Ak sa rozpúšťanie predchádzajúceho cvičenia skladá z druhu W, ktorého koncentrácia je 2,30 ∙ 10-4 M, a za predpokladu, že bunka má hrúbku 2 cm: čo musí byť jej koncentrácia na získanie priepustnosti 8%?

Priamo pomocou tejto rovnice môžete vyriešiť:

-LogT = εlC

Ale hodnota ε nie je známa. Preto sa musí vypočítať s vyššie uvedenými údajmi a predpokladá sa, že zostane konštantný v širokom rozsahu koncentrácií:

ε = -LogT / lC

= (-Log 0,3) / (2 cm x 2,3 ∙ 10-4 M)

= 1136,52 M-1∙ cm-1

A teraz môžete pokračovať s výpočtom s% T = 8:

c = -LogT / εl

= (-Log 0,08) / (1136,52 M-1∙ cm-1  x 2 cm)

= 4,82 ° 10-4 M

Takže stačí, aby druh W zdvojnásobil svoju koncentráciu (4,82 / 2,3), aby znížil svoje percento priepustnosti z 30% na 8%..

referencie

  1. Deň, R., & Underwood, A. (1965). Kvantitatívna analytická chémia. (piate vydanie). PEARSON Prentice Hall, str. 469-474.
  2. Skoog D.A., West D.M. (1986). Instrumentálna analýza (druhé vydanie). Interamericana., Mexiko.
  3. Soderberg T. (18. augusta 2014). Beer-Lambertov zákon. Chémia LibreTexts. Zdroj: chem.libretexts.org
  4. Clark J. (máj 2016). Beer-Lambertov zákon. Zdroj: chemguide.co.uk
  5. Kolorimetrická analýza: Beerov zákon alebo spektrofotometrická analýza. Zdroj: chem.ucla.edu
  6. J.M. Fernández Álvarez (N. D.). Analytická chémia: príručka riešených problémov. [PDF]. Zdroj: dadun.unav.edu