SỰ HẤP THỤ: NÓ LÀ GÌ, CÁC VÍ DỤ VÀ CÁC BÀI TẬP ĐÃ GIẢI - VẬT LÝ - 2025

Độ hấp thụ là logarit có dấu âm của thương số giữa cường độ ánh sáng tới và cường độ ánh sáng tới trên một mẫu dung dịch mờ đã được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc. Thương số này là hệ số truyền.

Quá trình vật lý của ánh sáng truyền qua một mẫu được gọi là quá trình truyền ánh sáng, và độ hấp thụ là thước đo của nó. Do đó, độ hấp thụ trở thành logarit nhỏ nhất của độ truyền qua và là dữ liệu quan trọng để xác định nồng độ của mẫu thường được hòa tan trong dung môi như nước, rượu hoặc bất kỳ chất nào khác.

Hình 1. Sơ đồ của quá trình hấp thụ. Biên soạn bởi F. Zapata

Để đo độ hấp thụ, cần phải có một thiết bị gọi là quang kế điện, với dòng điện được đo tỷ lệ với cường độ ánh sáng tới trên bề mặt của nó.

Khi tính toán độ truyền, tín hiệu cường độ tương ứng với riêng dung môi thường được đo đầu tiên và kết quả này được ghi lại dưới dạng Io.

Sau đó, mẫu đã hòa tan được đặt trong dung môi trong cùng điều kiện chiếu sáng. Tín hiệu đo bằng quang kế điện tử được ký hiệu là I, cho phép tính độ truyền T theo công thức sau:

T = I / I hoặc

Nó là một đại lượng không có thứ nguyên. Do đó, độ hấp thụ A được biểu thị bằng:

A = - log (T) = - log (I / I o)

Độ hấp thụ mol và độ hấp thụ

Các phân tử tạo nên một chất hóa học có khả năng hấp thụ ánh sáng, và một thước đo của điều này là độ hấp thụ chính xác. Nó là kết quả của sự tương tác giữa các photon và các electron phân tử.

Do đó, độ lớn sẽ phụ thuộc vào mật độ hoặc nồng độ của các phân tử tạo nên mẫu và cũng vào đường quang học hoặc khoảng cách mà ánh sáng truyền đi.

Dữ liệu thực nghiệm chỉ ra rằng độ hấp thụ A tỷ lệ tuyến tính với nồng độ C và quãng đường d mà ánh sáng truyền được. Vì vậy, để tính toán nó dựa trên các tham số này, công thức sau có thể được thiết lập:

A = ε⋅C⋅d

Trong công thức trên, ε là hằng số tỷ lệ được gọi là độ hấp thụ mol.

Độ hấp thụ mol phụ thuộc vào loại chất và vào bước sóng mà độ hấp thụ được đo. Độ hấp thụ mol cũng nhạy cảm với nhiệt độ mẫu và pH mẫu.

Định luật Beer-Lambert

Mối quan hệ này giữa độ hấp thụ, độ hấp thụ, nồng độ và khoảng cách độ dày của đường đi mà ánh sáng đi theo trong mẫu được gọi là định luật Beer-Lambert.

Hình 2. Định luật Beer-Lambert. Nguồn: F. Zapata,

Dưới đây là một số ví dụ về cách sử dụng nó.

Ví dụ

ví dụ 1

Trong một thí nghiệm, một mẫu được chiếu sáng bằng ánh sáng đỏ từ laser heli-neon, có bước sóng 633 nm. Một máy đo quang điện đo được 30 mV khi ánh sáng laze chiếu trực tiếp và 10 mV khi nó đi qua một mẫu.

Trong trường hợp này, hệ số truyền là:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

Và độ hấp thụ là:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Ví dụ 2

Nếu cùng một chất được đặt trong vật chứa có chiều dày bằng một nửa của vật được sử dụng trong Ví dụ 1, hãy cho biết điện kế sẽ đánh dấu bao nhiêu khi ánh sáng từ laze heli-neon truyền qua mẫu.

Phải coi rằng nếu bề dày giảm đi một nửa thì độ hấp thụ tỉ lệ với độ dày quang học giảm đi một nửa, nghĩa là A = 0,28. Hệ số truyền T sẽ được cho bởi mối quan hệ sau:

T = 10-A = 10 ^ (- 0,28) = 0,53

Máy đo quang điện sẽ đọc 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Bài tập đã giải

Bài tập 1

Chúng tôi muốn xác định khả năng hấp thụ mol của một hợp chất độc quyền nào đó có trong dung dịch. Để làm điều này, dung dịch được chiếu sáng bằng đèn natri 589 nm. Mẫu sẽ được đặt trong giá đỡ mẫu dày 1,50 cm.

Điểm bắt đầu là một dung dịch có nồng độ 4,00 × 10 ^ -4 mol mỗi lít và đo độ truyền qua, thu được 0,06. Sử dụng các dữ liệu này, xác định độ hấp thụ mol của mẫu.

Giải pháp

Đầu tiên, độ hấp thụ được xác định, được định nghĩa là lôgarit nhỏ nhất đối với cơ số mười của độ truyền qua:

A = - log (T)

A = - log (0,06) = 1,22

Sau đó, định luật Lambert-Beer được sử dụng để thiết lập mối quan hệ giữa độ hấp thụ, độ hấp thụ mol, nồng độ và độ dài quang học:

A = ε⋅C⋅d

Giải hệ số hấp thụ mol, ta thu được mối quan hệ sau:

ε = A / (C⋅d)

thay thế các giá trị đã cho chúng ta có:

ε = 1,22 / (4,00 × 10 ^ -4 M⋅1,5 cm) = 2030 (M⋅cm) ^ - 1

Kết quả trên đã được làm tròn thành ba chữ số có nghĩa.

Bài tập 2

Để nâng cao độ chính xác và xác định sai số của phép đo độ hấp thụ mol của mẫu trong bài tập 1, mẫu được pha loãng liên tiếp đến một nửa nồng độ và đo độ truyền qua trong từng trường hợp.

Bắt đầu từ Co = 4 × 10 ^ -4 M với độ truyền T = 0,06, chuỗi dữ liệu sau đây thu được về độ truyền và độ hấp thụ được tính từ độ truyền qua:

Co / 1–> 0,06–> 1,22

Co / 2–> 0,25–> 0,60

Co / 4–> 0,50–> 0,30

Co / 8–> 0,71–> 0,15

Co / 16–> 0,83–> 0,08

Co / 32–> 0,93–> 0,03

Co / 64–> 0,95–> 0,02

Co / 128–> 0,98–> 0,01

Co / 256–> 0,99–> 0,00

Với những dữ liệu này thực hiện:

a) Đồ thị của độ hấp thụ dưới dạng hàm của nồng độ.

b) Sự phù hợp tuyến tính của dữ liệu và tìm độ dốc.

c) Từ hệ số góc thu được, hãy tính độ hấp thụ mol.

Giải pháp

Hình 3. Độ hấp thụ vs Nồng độ. Nguồn: F. Zapata.

Hệ số góc thu được là tích của độ hấp thụ mol và khoảng cách quang học, vì vậy chia hệ số cho chiều dài 1,5 cm ta được độ hấp thụ mol

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

Bài tập 3

Với dữ liệu từ bài tập 2:

a) Tính độ hấp thụ cho mỗi phần dữ liệu.

b) Xác định giá trị trung bình của độ hấp thụ mol, độ lệch chuẩn của nó và sai số thống kê liên quan đến giá trị trung bình.

Giải pháp

Độ hấp thụ mol được tính cho từng nồng độ được thử nghiệm. Hãy nhớ rằng điều kiện ánh sáng và khoảng cách quang học vẫn cố định.

Kết quả cho độ hấp thụ mol là:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1,872, 1862 theo đơn vị 1 / (M * cm).

Từ những kết quả này, chúng ta có thể lấy giá trị trung bình:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Với độ lệch chuẩn là: 184 (M * cm) ^ - 1

Sai số trung bình là độ lệch chuẩn chia cho căn bậc hai của số dữ liệu, nghĩa là:

Δ <ε> = 184/9 ^ 0,5 = 60 (M * cm) ^ - 1

Cuối cùng, người ta kết luận rằng chất được cấp bằng sáng chế có độ hấp thụ mol ở tần số 589 nm được tạo ra bởi đèn natri là:

<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

Người giới thiệu

1. Atkins, P. 1999. Hóa lý. Phiên bản Omega. 460-462.
2. Hướng dẫn. Truyền và hấp thụ. Phục hồi từ: quimica.laguia2000.com
3. Độc chất môi trường. Độ truyền, độ hấp thụ và định luật Lambert. Đã khôi phục từ: repositorio.innovacionumh.es
4. Cuộc phiêu lưu thể chất. Độ hấp thụ và độ truyền qua. Được khôi phục từ: rpfisica.blogspot.com
5. Máy đo quang phổ. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
6. Độc chất môi trường. Độ truyền, độ hấp thụ và định luật Lambert. Đã khôi phục từ: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Độ hấp thụ Khôi phục từ: wikipedia.com
8. Wikipedia. Máy đo quang phổ. Khôi phục từ: wikipedia.com