GEÇIRGENLIK: NEDIR, MOLEKÜLER ENERJI DIYAGRAMI VE EGZERSIZ - FIZIKSEL - 2025

Geçirgenlik optik çıkan ışık şiddeti oranı ve monokromatik ışıkla aydınlatılmıştır saydam çözeltinin bir örneği üzerindeki ışık yoğunluğu doğrudan yer almaktadır.

Bir numuneden geçen ışığın fiziksel sürecine ışık iletimi denir ve geçirgenlik, ışık iletiminin bir ölçüsüdür. Geçirgenlik, diğerlerinin yanı sıra genellikle su veya alkol gibi bir çözücü içinde çözünen bir numunenin konsantrasyonunu belirlemek için önemli bir değerdir.

Şekil 1. Geçirgenlik ölçümü için montaj. Kaynak: F. Zapata.

Bir elektro-fotometre, yüzeyine düşen ışık yoğunluğuyla orantılı bir akımı ölçer. Geçirgenliği hesaplamak için, yalnızca çözücüye karşılık gelen yoğunluk sinyali genellikle ilk olarak ölçülür ve bu sonuç Io olarak kaydedilir.

Daha sonra çözünmüş numune aynı aydınlatma koşullarında çözücüye yerleştirilir ve elektro-fotometre ile ölçülen sinyal I olarak gösterilir, ardından geçirgenlik aşağıdaki formüle göre hesaplanır:

T = I / I veya

Geçirgenliğin boyutsuz bir miktar olduğuna dikkat edilmelidir, çünkü bu, çözücü iletiminin yoğunluğuna göre bir numunenin ışık yoğunluğunun bir ölçüsüdür.

Geçirgenlik nedir?

Bir ortamda ışığın soğurulması

Işık bir numuneden geçtiğinde, ışık enerjisinin bir kısmı moleküller tarafından emilir. Geçirgenlik, moleküler veya atomik düzeyde meydana gelen bir fenomenin makroskopik ölçüsüdür.

Işık elektromanyetik bir dalgadır, taşıdığı enerji dalganın elektrik ve manyetik alanındadır. Bu salınımlı alanlar, bir maddenin molekülleri ile etkileşime girer.

Dalganın taşıdığı enerji, frekansına bağlıdır. Tek renkli ışığın tek bir frekansı varken, beyaz ışık bir frekans aralığı veya spektrumuna sahiptir.

Bir elektromanyetik dalganın tüm frekansları, 300.000 km / s ile aynı hızda bir vakum içinde hareket eder. Vakumda ışığın hızını c ile ifade edersek, f frekansı ile dalga boyu λ arasındaki ilişki:

c = λ⋅f

C bir sabit olduğu için, her frekans ilgili dalga boyuna karşılık gelir.

Bir maddenin geçirgenliğini ölçmek için, görünür elektromanyetik spektrum bölgeleri (380 nm ila 780 nm), ultraviyole bölgesi (180 ila 380 nm) ve kızılötesi bölge (780 nm ila 5600 nm) kullanılır.

Maddi bir ortamda ışığın yayılma hızı, frekansa bağlıdır ve c'den düşüktür. Bu, beyaz ışığı oluşturan frekansların ayrılabildiği bir prizmadaki saçılmayı açıklar.

Işık absorpsiyonunun moleküler teorisi

Bu geçişler en iyi Şekil 2'de gösterilen bir moleküler enerji diyagramı ile anlaşılır:

Şekil 2. Moleküler enerji diyagramı. Kaynak: F. Zapata.

Diyagramda yatay çizgiler farklı moleküler enerji seviyelerini temsil etmektedir. E0 hattı temel veya daha düşük enerji seviyesidir. E1 ve E2 seviyeleri heyecanlı yüksek enerji seviyeleridir. E0, E1, E2 seviyeleri molekülün elektronik durumlarına karşılık gelir.

Her elektronik seviyedeki alt seviyeler 1, 2, 3, 4, her elektronik seviyeye karşılık gelen farklı titreşim durumlarına karşılık gelir. Bu seviyelerin her biri, her titreşim seviyesi ile ilişkili dönme durumlarına karşılık geldiği gösterilmeyen daha ince alt bölümlere sahiptir.

Diyagram, kızılötesi, görünür ve ultraviyole aralıklarındaki fotonların enerjisini temsil eden dikey okları göstermektedir. Görülebileceği gibi, kızılötesi fotonlar, elektronik geçişleri teşvik etmek için yeterli enerjiye sahip değilken, görünür ve ultraviyole radyasyon var.

Monokromatik bir ışının gelen fotonları enerjide (veya frekansta) moleküler enerji durumları arasındaki enerji farkıyla çakışırsa, fotonların soğurulması gerçekleşir.

Geçirgenliğin bağlı olduğu faktörler

Önceki bölümde söylenenlere göre, geçirgenlik birkaç faktöre bağlı olacaktır ve bunlardan bazıları şunlardır:

1- Numunenin aydınlatıldığı frekans.

2- Analiz edilecek molekül türleri.

3- Çözeltinin konsantrasyonu.

4- Işık demetinin kat ettiği yolun uzunluğu.

Deneysel veriler, transmitansın C konsantrasyonu ve optik yolun uzunluğu L ile üssel olarak azaldığını göstermektedir:

T = 10 ^-a⋅C⋅L

Yukarıdaki ifadede a, maddenin türüne ve sıklığına bağlı olan bir sabittir.

Egzersiz çözüldü

1. Egzersiz

Belirli bir maddenin standart bir numunesi, litre başına 150 mikromol (μM) konsantrasyona sahiptir. Geçirgenliği 525 nm'lik ışıkla ölçüldüğünde 0.4'lük bir geçirgenlik elde edilir.

Aynı maddenin başka bir numunesi, ancak bilinmeyen konsantrasyonda, aynı frekansta ve aynı optik kalınlıkta ölçüldüğünde 0,5'lik bir geçirgenliğe sahiptir.

İkinci numunenin konsantrasyonunu hesaplayın.

cevap

Geçirgenlik T, C konsantrasyonu ile üssel olarak azalır:

T = 10 ^-b⋅L

Önceki eşitliğin logaritması alınırsa, kalır:

günlük T = -b⋅C

Üye, her bir numuneye uygulanan önceki eşitliğin üyeye bölünmesi ve bilinmeyen konsantrasyonun çözülmesi:

C2 = C1⋅ (günlük T2 / günlük T1)

C2 = 150μM⋅ (günlük 0.5 / günlük 0.4) = 150μM⋅ (-0.3010 / -0.3979) = 113.5μM

Referanslar

1. Atkins, P. 1999. Physical Chemistry. Omega sürümleri. 460-462.
2. Rehber. Geçirgenlik ve soğurma. Quimica.laguia2000.com adresinden kurtarıldı
3. Çevresel Toksikoloji. Geçirgenlik, soğurma ve Lambert yasası. Kurtarıldı: repositorio.innovacionumh.es
4. Fiziksel macera. Absorbans ve geçirgenlik. Rpfisica.blogspot.com adresinden kurtarıldı
5. Spektofotometri. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
6. Çevresel Toksikoloji. Geçirgenlik, soğurma ve Lambert yasası. Kurtarıldı: repositorio.innovacionumh.es
7. Vikipedi. Geçirgenlik. Wikipedia.com adresinden kurtarıldı
8. Vikipedi. Spektrofotometri. Wikipedia.com adresinden kurtarıldı