Κατά τη διεξαγωγή ενός επιστημονικού πειράματος είναι απαραίτητο να γνωρίζετε ότι έχετε τη σωστή συγκέντρωση των διαφόρων χημικών ουσιών που εμπλέκονται. Είναι επίσης σημαντικό να μπορείτε να υπολογίζετε τη συγκέντρωση προκειμένου να προσδιορίσετε πόση ποσότητα αντιδραστηρίου έχει χρησιμοποιηθεί σε μια αντίδραση ή πόσα προϊόντα έχει παραχθεί.
Για το σκοπό αυτό, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το Νόμος Μπύρας-Λάμπερτ (που μπορεί επίσης να ονομαστεί «νόμος της μπύρας») για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης από την απορρόφηση. Η ακόλουθη ενότητα θα καθορίσει ορισμένα βασικά στοιχεία για την πρακτική χρήση του Beer's Law.
Τι είναι ο νόμος Beer-Lambert;
Αυτός ο νόμος συνδέει την εξασθένιση 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 λάμπει κάποιο ορατό φως μέσω ενός υλικού. Κάποιο από αυτό το φως θα περάσει από την άλλη πλευρά του υλικού, αλλά πιθανότατα δεν θα είναι όλο το φως που αρχικά έλαμψε. Ό, τι φως δεν περνά από την άλλη πλευρά είναι
απορροφήθηκε.Η ποσότητα του φωτός που απορροφάται είναι ανάλογη με το μήκος της φωτεινής διαδρομής (l). Πρακτικά, αυτό είναι το δοχείο, συνήθως μια κυψελίδα, στην οποία συγκρατείται το εν λόγω υλικό.
Η σχέση μεταξύ απορρόφησης και συγκέντρωσης (c) είναι αναλογικά. Συνήθως, όσο πιο συμπυκνωμένη είναι μια ουσία, τόσο περισσότερο φως θα απορροφάται. (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 τη μεταδιδόμενη ένταση του φωτός (αυτό που πέρασε στο άλλο άκρο), Ι. Αυτές οι ποσότητες μπορούν να συσχετιστούν με την ακόλουθη εξίσωση.
Δεδομένου ότι γνωρίζετε ότι η απορρόφηση είναι ανάλογη τόσο της συγκέντρωσης (c) όσο και του μήκους διαδρομής (l), μπορείτε να τη συσχετίσετε με τις ποσότητες αυτής της εξίσωσης ως εξής:
Σε αυτήν την εξίσωση, το ϵ είναι το μοριακή απορροφητικότητα ή ο συντελεστής μοριακής απόσβεσης. Αυτή η τιμή είναι συντελεστής και είναι εγγενής στην απορρόφηση της εν λόγω ουσίας ή υλικού σε συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός.
Μονάδες και νόμος μπύρας
Καθώς είναι πάντα απαραίτητο για την πρακτική εφαρμογή των εξισώσεων, πρέπει να γνωρίζετε μονάδες κάθε εμπλεκόμενου συστατικού.
Η συγκέντρωση (c) έχει συγκέντρωση M ή mol ανά λίτρο (mol L-1). Η φωτεινή διαδρομή (l) αναφέρεται συνήθως σε εκατοστά (cm). Η μοριακή απορροφητικότητα αναφέρεται συνήθως σε λίτρα ανά γραμμομόριο εκατοστόμετρου (L mol-1 εκ-1). Κατά τον πολλαπλασιασμό c, l και ϵ, ακυρώνονται όλες οι μονάδες. 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 υπολογίσατε τη συγκέντρωση της βαφής στο διάλυμα;
Η βαφή τροφίμων Red # 40 έχει μοριακή απορροφητικότητα 25.900 L mol-1εκ-1 σε μήκος κύματος 501 nm. Τοποθετείτε 1 mL διαλύματος σε κυψελίδα 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:
Ετσι:
Επίλυση για συγκέντρωση:
Το να μιλάμε για μια τόσο μικρή μοριακότητα είναι λίγο δυσκίνητο. Οι επιστήμονες συχνά το μετατρέπουν σε μικρομοριακό, έτσι ώστε να είναι ευκολότερο να μιλήσουμε. Για να το κάνετε αυτό, πολλαπλασιάστε τον αριθμό με 106. Έτσι, η συγκέντρωση του Red # 40 σε αυτό το διάλυμα είναι 6,56 μΜ.