I. Основные понятия и определения

Изучение поглощения света

Лабораторная работа № 4. 15

Цель работы: изучение поглощения света в растворах и определение концентрации раствора с помощью фотокалориметра.

Оборудование: фотокалориметр.

Электромагнитная волна, проходящая через вещество, воздействует на атомы или молекулы, составляющие его. Это воздействие выражается в смещении с частотой волны электронной оболочки относительно ядер, что вызывает изменение электрического момента атома или молекулы. Изменение электрического момента означает изменение электрического поля атома или молекулы, т.е. атом представляет собой переменный диполь. Но согласно основным уравнениям электродинамики Максвелла, всякое изменение электрического или магнитного поля вызывает возникновение электромагнитной волны. Следовательно, атомы начинают излучать вторичную волну той же частоты. Дальнейшее распространение волны определяется интерференцией вторичных волн, которые когерентны.

На возбуждение колебание атомов тратится энергия проходящей волны, часть которой рассеивается в веществе благодаря тепловому движению. Каждый атом обладает собственными резонансными частотами, вблизи которых поглощение особенно сильное, так как амплитуда колебаний увеличивается, на что требуется соответствующая энергия. Система взаимодействующих атомов обладает целым набором близко лежащих резонансных частот, которые образуют так называемые полосы поглощения, которые в свою очередь могут сливаться. Поэтому жидкие и твёрдые вещества в достаточно широком диапазоне длин волн. Кроме поглощения волны в веществе могут также рассеиваться на микрооднородностях.

Ф₀

Для определения зависимости степени поглощения света от толщины поглощающего слоя рассмотрим ситуацию, изображённую на рис 1.

Рис. 1

Рис.1. Схема поглощения света

Вследствие малой толщины выделенного слоя dx, ослабление светового потока – dФ пропорционально толщине этого слоя - dФ = KФ(x)dx, разделяя переменные и интегрируя, получим выражение вида Ф(d) = Ф₀exp(-Kd), которое называется законом Бугера для поглощения света. Очевидно, что поглощение света определяется также числом поглощающих атомов ил молекул. Поэтому для раствора поглощающих веществ справедлив закон Бера: К=аС, где а – коэффициент пропорциональности, а С – концентрация. Тогда закон Бугера примет для раствора вид:

. (1)

Из выражения (1) следует, что из измерений поглощения можно определить концентрацию растворённого вещества в не поглощающем растворителе. В качестве измеряемых параметров поглощения света в веществе вводится понятие пропускания T(d) = Ф(d)/Ф₀ и оптической плотности Д = ln(1/T). Из определения оптической плотности следует, что т.е. оптическая плотность раствора пропорциональна концентрации растворяемого вещества.

Из сказанного выше также следует, что для измерений оптической плотности раствора большую роль играет также правильный выбор диапазона длин волн, в котором производятся измерения.

Дата добавления: 2015-07-02