Quando si conduce un esperimento scientifico è necessario sapere di avere la corretta concentrazione delle diverse sostanze chimiche coinvolte. È anche importante essere in grado di calcolare la concentrazione per determinare quanto reagente è stato utilizzato in una reazione o quanto prodotto è stato prodotto.
A tal fine, gli scienziati utilizzano il Legge Beer-Lambert (che può anche essere chiamata "Legge di Beer") per calcolare la concentrazione dall'assorbanza. La sezione seguente definirà alcuni componenti chiave per l'uso pratico della legge di Beer.
Cos'è la legge Beer-Lambert?
Questa legge mette in relazione l'attenuazione della luce mentre attraversa un materiale alle proprietà fisiche di quel materiale. Uno degli usi più comuni di questa legge fa uso della spettroscopia di assorbimento UV-Vis.
Supponiamo che tu faccia brillare della luce visibile attraverso un materiale. Parte di quella luce passerà dall'altra parte del materiale, ma probabilmente non sarà tutta la luce che inizialmente è stata irradiata. Qualunque luce non passi dall'altra parte è assorbito.
La quantità di luce assorbita è proporzionale alla lunghezza del percorso ottico (l). In pratica, questo è il contenitore, solitamente una cuvetta, in cui è contenuto il materiale in questione.
La relazione tra assorbanza e concentrazione (c) è proporzionale. Di solito, più una sostanza è concentrata, più luce sarà assorbita. (Tieni a mente questa quantità; in pratica è quello che ti interessa di più!).
Quindi l'assorbanza (A) del materiale è correlata all'intensità iniziale della luce, I0, e l'intensità trasmessa della luce (ciò che è passato dall'altra parte), I. Queste quantità possono essere correlate dalla seguente equazione.
Poiché sai che l'assorbimento è proporzionale sia alla concentrazione (c) che alla lunghezza del percorso (l), puoi metterlo in relazione con le quantità in questa equazione in quanto tali:
In questa equazione, è il assorbenza molare o il coefficiente di estinzione molare. Questo valore è un coefficiente ed è intrinseco all'assorbimento della sostanza o del materiale in questione ad una particolare lunghezza d'onda della luce.
Unità e legge di Beer
Poiché è sempre necessario per l'applicazione pratica delle equazioni, è necessario conoscere il unità di ogni componente coinvolto.
La concentrazione (c) ha una concentrazione di M o moli per litro (mol L-1). Il percorso della luce (l) è solitamente riportato in centimetri (cm). L'assorbimento molare è solitamente riportato in litri per mole-centimetro (L mol-1 cm-1). Quando si moltiplica c, l e, tutte le unità si annullano. Come tale, ne consegue che l'assorbanza è senza unità.
Utilizzo della legge di Beer per calcolare la concentrazione
Supponi di avere una tintura rossa in una soluzione. Come calcolare la concentrazione di colorante nella soluzione?
Il colorante alimentare Red #40 ha un'assorbimento molare di 25.900 L mol-1cm-1 ad una lunghezza d'onda di 501 nm. Si mette 1 ml della soluzione in una cuvetta larga 1 cm. L'assorbanza misurata è 0,17. Qual è la concentrazione?
Inserisci i valori noti (A, ϵ e l) nella legge di Beer e poi risolvi per la concentrazione:
Così:
Risolvere per concentrazione:
Parlare di una molarità così piccola è un po' macchinoso. Gli scienziati lo convertono spesso in micromolare in modo che sia più facile parlarne. Per fare ciò, moltiplica il numero per 106. Quindi la concentrazione di Red #40 in quella soluzione è 6,56 µM.