ASSORBANZA: COS'È, ESEMPI ED ESERCIZI RISOLTI - FISICO - 2024

L' assorbanza è il logaritmo con segno negativo del quoziente tra l'intensità della luce emergente e l'intensità della luce incidente su un campione di soluzione traslucida che è stato illuminato con luce monocromatica. Questo quoziente è la trasmittanza.

Il processo fisico della luce che passa attraverso un campione è chiamato trasmissione della luce e l'assorbanza ne è una misura. Quindi, l'assorbanza diventa il logaritmo minimo della trasmittanza ed è un dato importante per determinare la concentrazione di un campione che è generalmente disciolto in un solvente come acqua, alcool o qualsiasi altro.

Figura 1. Diagramma del processo di assorbanza. Preparato da F. Zapata

Per misurare l'assorbanza è necessario un dispositivo chiamato elettrofotometro, con il quale viene misurata una corrente proporzionale all'intensità della luce incidente sulla sua superficie.

Quando si calcola la trasmittanza, il segnale di intensità corrispondente al solo solvente viene generalmente misurato per primo e questo risultato viene registrato come Io.

Quindi il campione disciolto viene posto nel solvente nelle stesse condizioni di illuminazione. Il segnale misurato dall'elettro-fotometro è indicato con I, che permette di calcolare la trasmittanza T secondo la seguente formula:

T = I / I o

È una quantità adimensionale. L'assorbanza A è quindi espressa come:

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

Assorbanza molare e assorbimento

Le molecole che compongono una sostanza chimica sono in grado di assorbire la luce e una misura di ciò è proprio l'assorbanza. È il risultato dell'interazione tra fotoni ed elettroni molecolari.

Pertanto, è una grandezza che dipenderà dalla densità o concentrazione delle molecole che compongono il campione e anche dal percorso ottico o dalla distanza percorsa dalla luce.

I dati sperimentali indicano che l'assorbanza A è linearmente proporzionale alla concentrazione C e alla distanza d percorsa dalla luce. Quindi per calcolarlo in base a questi parametri, si può stabilire la seguente formula:

A = ε⋅C⋅d

Nella formula sopra, ε è una costante di proporzionalità nota come assorbimento molare.

L'assorbanza molare dipende dal tipo di sostanza e dalla lunghezza d'onda alla quale viene misurata l'assorbanza. L'assorbibilità molare è anche sensibile alla temperatura e al pH del campione.

Legge di Beer-Lambert

Questa relazione tra assorbanza, assorbimento, concentrazione e distanza dello spessore del percorso che la luce segue all'interno del campione è nota come legge di Beer-Lambert.

Figura 2. Legge di Beer-Lambert. Fonte: F. Zapata,

Ecco alcuni esempi di come usarlo.

Esempi

Esempio 1

Durante un esperimento, un campione viene illuminato con luce rossa da un laser a elio-neon, la cui lunghezza d'onda è di 633 nm. Un elettrofotometro misura 30 mV quando la luce laser colpisce direttamente e 10 mV quando passa attraverso un campione.

In questo caso la trasmittanza è:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

E l'assorbanza è:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Esempio 2

Se la stessa sostanza viene posta in un contenitore che è la metà dello spessore di quello usato nell'esempio 1, indicare quanto segnerà l'elettro-fotometro quando la luce del laser elio-neon viene fatta passare attraverso il campione.

Bisogna considerare che se lo spessore diminuisce della metà, l'assorbanza proporzionale allo spessore ottico diminuisce della metà, cioè A = 0,28. La trasmittanza T sarà data dalla seguente relazione:

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

L'elettro-fotometro leggerà 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Esercizi risolti

Esercizio 1

Vogliamo determinare l'assorbività molare di un certo composto brevettato che è in soluzione. Per fare ciò, la soluzione viene illuminata con la luce di una lampada al sodio da 589 nm. Il campione verrà posto in un portacampioni dello spessore di 1,50 cm.

Il punto di partenza è una soluzione con una concentrazione di 4,00 × 10 ^ -4 moli per litro e si misura la trasmittanza, risultando in 0,06. Utilizzando questi dati, determinare l'assorbività molare del campione.

Soluzione

Innanzitutto, viene determinata l'assorbanza, definita come il logaritmo minimo in base dieci della trasmittanza:

A = - log (T)

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

Quindi viene utilizzata la legge di Lambert-Beer che stabilisce una relazione tra assorbanza, assorbimento molare, concentrazione e lunghezza ottica:

A = ε⋅C⋅d

Risolvendo l'assorbività molare, si ottiene la seguente relazione:

ε = A / (C⋅d)

sostituendo i valori dati abbiamo:

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

Il risultato di cui sopra è stato arrotondato a tre cifre significative.

Esercizio 2

Al fine di migliorare la precisione e determinare l'errore della misurazione dell'assorbività molare del campione nell'esercizio 1, il campione viene successivamente diluito a metà della concentrazione e la trasmittanza viene misurata in ogni caso.

Partendo da Co = 4 × 10 ^ -4 M con trasmittanza T = 0,06, si ottiene la seguente sequenza di dati per la trasmittanza e l'assorbanza calcolate dalla trasmittanza:

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

Con questi dati eseguire:

a) Un grafico dell'assorbanza in funzione della concentrazione.

b) Un adattamento lineare dei dati e trova la pendenza.

c) Dalla pendenza ottenuta, calcolare l'assorbività molare.

Soluzione

Figura 3. Assorbanza vs Concentrazione. Fonte: F. Zapata.

La pendenza ottenuta è il prodotto dell'assorbività molare per la distanza ottica, quindi dividendo la pendenza per la lunghezza 1,5 cm si ottiene l'assorbività molare

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

Esercizio 3

Con i dati dell'esercizio 2:

a) Calcola l'assorbività per ogni dato.

b) Determinare un valore medio per l'assorbibilità molare, la sua deviazione standard e l'errore statistico associato alla media.

Soluzione

L'assorbività molare viene calcolata per ciascuna delle concentrazioni testate. Ricorda che le condizioni di illuminazione e la distanza ottica rimangono fisse.

I risultati per l'assorbimento molare sono:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1.872, 1862 in unità di 1 / (M * cm).

Da questi risultati possiamo ricavare il valore medio:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Con una deviazione standard di: 184 (M * cm) ^ - 1

L'errore medio è la deviazione standard divisa per la radice quadrata del numero di dati, ovvero:

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

Infine, si conclude che la sostanza brevettata ha un assorbimento molare alla frequenza di 589 nm prodotta da una lampada al sodio di:

<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

Riferimenti

1. Atkins, P. 1999. Chimica fisica. Edizioni Omega. 460-462.
2. La guida. Trasmittanza e assorbanza. Estratto da: quimica.laguia2000.com
3. Tossicologia ambientale. Trasmittanza, assorbanza e legge di Lambert. Estratto da: repositorio.innovacionumh.es
4. Avventura fisica. Assorbanza e trasmittanza. Estratto da: rpfisica.blogspot.com
5. Spettrofotometria. Recupero da: chem.libretexts.org
6. Tossicologia ambientale. Trasmittanza, assorbanza e legge di Lambert. Estratto da: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. assorbanza Estratto da: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spettrofotometria. Estratto da: wikipedia.com