Bij het uitvoeren van een wetenschappelijk experiment is het noodzakelijk om te weten dat u de juiste concentratie van de verschillende betrokken chemicaliën heeft. Het is ook belangrijk om de concentratie te kunnen berekenen om te bepalen hoeveel van een reactant in een reactie is verbruikt of hoeveel product is gemaakt.
Hiervoor gebruiken wetenschappers de Wet Beer-Lambert (ook wel de "wet van bier" genoemd) om de concentratie uit de absorptie te berekenen. De volgende sectie zal enkele belangrijke componenten definiëren voor praktisch gebruik van de Wet van Beer.
Wat is de Beer-Lambert-wet?
Deze wet relateert de verzwakking van licht terwijl het een materiaal doorkruist met de fysieke eigenschappen van dat materiaal. Een van de meest voorkomende toepassingen van deze wet maakt gebruik van UV-Vis-absorptiespectroscopie.
Stel dat je wat zichtbaar licht door een materiaal laat schijnen. Een deel van dat licht zal aan de andere kant van het materiaal passeren, maar het zal waarschijnlijk niet al het licht zijn dat er aanvankelijk doorheen scheen. Al het licht dat niet doorgaat naar de andere kant is
geabsorbeerd.De hoeveelheid geabsorbeerd licht is evenredig met de lengte van het lichtpad (l). In de praktijk is dit de houder, meestal een cuvet, waarin het betreffende materiaal wordt gehouden.
De relatie tussen absorptie en concentratie (c) is proportioneel. Meestal geldt: hoe geconcentreerder een stof, hoe meer licht er wordt geabsorbeerd. (Houd rekening met deze hoeveelheid; praktisch gesproken, daar ben je het meest in geïnteresseerd!).
Dus de absorptie (A) van het materiaal is gerelateerd aan de initiële intensiteit van het licht, I0, en de doorgelaten intensiteit van het licht (wat aan de andere kant doorkwam), I. Deze grootheden kunnen worden gerelateerd aan de volgende vergelijking.
Omdat je weet dat absorptie evenredig is met zowel concentratie (c) als padlengte (l), kun je dat als zodanig relateren aan de grootheden in deze vergelijking:
In deze vergelijking is ϵ de molaire absorptie of de molaire extinctiecoëfficiënt. Deze waarde is een coëfficiënt en is inherent aan de absorptie van de stof of het materiaal in kwestie bij een bepaalde golflengte van licht.
Eenheden en de wet van bier
Omdat het altijd nodig is voor de praktische toepassing van vergelijkingen, moet u de eenheden van elk betrokken onderdeel.
Concentratie (c) heeft een concentratie van M of mol per liter (mol L-1). Het lichtpad (l) wordt meestal weergegeven in centimeters (cm). Het molaire absorptievermogen wordt meestal weergegeven in liters per mol-centimeter (L mol-1 cm-1). Bij het vermenigvuldigen van c, l en ϵ heffen alle eenheden op. Als zodanig volgt hieruit dat de absorptie eenheidsloos is.
De wet van bier gebruiken om de concentratie te berekenen
Stel dat je een rode kleurstof in een oplossing hebt. Hoe zou je de kleurstofconcentratie in de oplossing berekenen?
De voedselkleurstof Red #40 heeft een molair absorptievermogen van 25.900 L mol-1cm-1 bij een golflengte van 501 nm. U doet 1 ml van de oplossing in een cuvet met een breedte van 1 cm. De gemeten absorptie is 0,17. Wat is de concentratie?
Steek de bekende waarden (A, ϵ en l) in de wet van Beer en los vervolgens op voor concentratie:
Zo:
Oplossen voor concentratie:
Praten over zo'n kleine molariteit is een beetje omslachtig. Wetenschappers zullen dit vaak omzetten naar micromolair, zodat het makkelijker is om over te praten. Om dit te doen, vermenigvuldigt u het getal met 106. De concentratie van Rood #40 in die oplossing is dus 6,56 µM.
