І. Теоретичні відомості
Світлова хвиля, проходячи через речовини, збуджує коливання електронів в атомах. На це витрачається частина її енергії, тому амплітуда коливання хвилі поступово затухає. При цьому відбувається перетворення енергії електромагнітних коливань на теплову енергію, яка витрачається на збудження та іонізацію атомів, фотохімічні реакції і т.ін. Перехід енергії світлової хвилі в інші види енергії називається поглинанням світла. Слабо поглинаючі речовини називають прозорими, сильно поглинаючі – непрозорими. Закон поглинання світла для паралельного пучка монохроматичних променів в однорідному середовищі встановлений Бугером: в кожному наступному шарі однакової товщини поглинається однакова частина потоку енергії падаючої хвилі. Нехай на поверхню середовища товщиною d перпендикулярно до його поверхні падає світловий потік інтенсивністю І0 (рис.1). Інтенсивність світлового потоку І – це кількість енергії, що переноситься світловим потоком за 1 с через плоску, розташовану перпендикулярно до світлового потоку, площадку товщиною 1 м2. Напрям поширення світлової хвилі відповідає позитивному напряму осі 0х. Розглянемо на віддалі х від поверхні речовини шар з малою товщиною dx, на який падає світло інтенсивністю Іх. Відповідно до закону Бугера зміна інтенсивності dІх, яка відбувається в шарі товщиною dх, пропорційна Іх та dх: dІх = ‑ k Іх dх, (1) де “‑” вказує на те, що зі збільшенням поглинального шару інтенсивність світла зменшується, k – коефіцієнт поглинання. Розділимо змінні в однорідному диференціальному рівнянні (1) та проінтегруємо його: , звідки . Тому закон Бугера записують у вигляді . (2) З рівняння (2) бачимо, що якщо покласти k = 1/d, то І/I0 = e. Отже, фізичний зміст коефіцієнта поглинання: k чисельно рівний оберненій товщині шару поглинаючої речовини, при якій інтенсивність світла зменшується в е » 2,72 рази. Нижче, в таблиці приведені числові значення коефіцієнта поглинання k деяких речовин: Коефіцієнт поглинання залежить від стану, хімічної природи речовини та від довжини світлової хвилі, яка поглинається в цій речовині. Тому закон (2) справедливий для монохроматичного світла, що характеризується певною довжиною хвилі l. Тобто для монохроматичного світла закон Бугера має такий вигляд: , (3) де kl ‑ монохроматичний коефіцієнт поглинання. Відомо, що монохроматичний коефіцієнт поглинання kl прямо пропорційний концентрації розчину С: kl = cС, (4) c - питомий коефіцієнт поглинання (дорівнює kl для розчину одиничної концентрації); С – концентрація розчиненої речовини в розчині. Це закон Бера. Підставивши (4) в рівняння (3), отримаємо закон Бугера-Ламберта-Бера: . (5) На практиці поглинання характеризують коефіцієнтом пропускання (прозорістю) розчину: , (6) або оптичною густиною розчину: . (7) Підставивши (5) в (7), отримаємо D = kl×d×lge = 0,43kld, звідки . (8) Комбінуючи формули (5) та (7), для оптичної густини D одержимо: . (9) Отже, оптична густина D при сталій товщині шару d залежить від концентрації С розчиненої у розчині речовини та від довжини хвилі l світла. Залежність D = f(C) використовується для визначення концентрації розчинів і є основою методу концентраційної колориметрії. Якщо два розчини однієї і тієї ж речовини (c1 = c2) з концентраціями С1 та С2 при товщині шарів d1 і d2, відповідно, поглинають світло однаково, то їх оптичні густини однакові (D1 = D2). Тоді С1d1 = С2d2, і невідома концентрація розчину (наприклад С2) становить: . (10) Для визначення оптичної густини і коефіцієнта поглинання забарвлених розчинів служать фотоелектроколориметри. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|