מעבר: מה זה, תרשים אנרגיה מולקולרית ופעילות גופנית - גוּפָנִי - 2025

העברת אופטיקה היא היחס בין עוצמת האור מתעוררת האירוע עוצם האור על מדגם של פתרון שקוף כי כבר מואר באור מונוכרומטי.

התהליך הפיזי של העברת אור דרך מדגם נקרא העברת אור, והעברה היא מדד להעברת האור. מעבר הוא ערך חשוב לקביעת ריכוז הדגימה המומס בדרך כלל בממס כמו מים או אלכוהול, בין היתר.

איור 1. מכלול למדידת העברה. מקור: פ. זפטה.

אלקטרו-פוטומטר מודד זרם פרופורציונאלי לעוצמת האור הנופלת על פני השטח שלו. לחישוב העברה, אות העוצמה המתאים לממס בלבד נמדד בדרך כלל תחילה ותוצאה זו נרשמת כ- Io.

ואז המדגם המומס ממוקם בממס עם אותם תנאי תאורה והאות שנמדד על ידי האלקטרו-פוטומטר מסומן כ- I, ואז העובר מחושב לפי הנוסחה הבאה:

T = אני / אני או

יש לציין כי העברה היא כמות חסרת ממדים, מכיוון שהיא מדד לעוצמת הזוהר של מדגם ביחס לעוצמת העברת הממס.

מהי העברה?

ספיגת האור במדיום

כאשר האור עובר דרך מדגם, חלק מאנרגיית האור נספגת על ידי המולקולות. מעבר הוא המדד המקרוסקופי של תופעה המתרחשת ברמה המולקולרית או האטומית.

האור הוא גל אלקטרומגנטי, האנרגיה שהוא נושא נמצאת בשדה החשמלי והמגנטי של הגל. שדות מתנדנדים אלה מקיימים אינטראקציה עם מולקולות של חומר.

האנרגיה שנשא הגל תלויה בתדירותו. לאור מונוכרומטי יש תדר יחיד, ואילו לאור לבן יש טווח או ספקטרום של תדרים.

כל התדרים של גל אלקטרומגנטי נעים בוואקום באותה מהירות של 300,000 קמ"ש. אם אנו מציינים באמצעות c את מהירות האור בוואקום, הקשר בין תדר f ואורך גל λ הוא:

c = λ⋅f

מכיוון ש c הוא קבוע, כל תדר מתאים לאורך הגל המתאים לו.

כדי למדוד את העברת החומר, משתמשים באזורי הספקטרום האלקטרומגנטי הנראה (380 ננומטר עד 780 ננומטר), האזור האולטרה סגול (180 עד 380 ננומטר) והאזור האינפרא אדום (780 ננומטר עד 5600 ננומטר).

מהירות התפשטות האור במדיום חומרי תלויה בתדר והיא פחות מ- c. זה מסביר את הפיזור בפריזמה שאפשר להפריד בין התדרים המרכיבים אור לבן.

תיאוריה מולקולרית של ספיגת אור

ניתן להבין את המעברים הללו בצורה הטובה ביותר באמצעות תרשים אנרגיה מולקולרית המוצגת באיור 2:

איור 2. תרשים אנרגיה מולקולרית. מקור: פ. זפטה.

בתרשים הקווים האופקיים מייצגים רמות אנרגיה מולקולריות שונות. קו E0 הוא רמת אנרגיה בסיסית או נמוכה יותר. רמות E1 ו- E2 הן רמות נרגשות של אנרגיה גבוהה יותר. רמות E0, E1, E2 תואמות את המצבים האלקטרוניים של המולקולה.

תת-הקומות 1, 2, 3, 4 בכל רמה אלקטרונית תואמות את מצבי הרטט השונים המתאימים לכל רמה אלקטרונית. לכל אחת מהרמות הללו יש חלוקות משנה עדינות יותר שלא מראים שתואמות את מצבי הסיבוב הקשורים לכל רמה רטט.

התרשים מציג חצים אנכיים המייצגים את האנרגיה של פוטונים בטווחי האינפרא אדום, הנראים והאולטרה סגול. כפי שניתן לראות, לפוטונים אינפרא אדום אין מספיק אנרגיה כדי לקדם מעברים אלקטרוניים, בעוד שקרינה גלויה ואולטרה סגולה אכן קיימת.

כאשר פוטונים אירועים של קרן מונוכרומטית חופפים באנרגיה (או בתדר) בהבדל האנרגיה בין מצבי אנרגיה מולקולרית, אז מתרחשת ספיגה של פוטונים.

גורמים שתלויים העברה שלהם

על פי מה שנאמר בסעיף הקודם, ההעברה תהיה תלויה במספר גורמים, ביניהם אנו יכולים לתת שם:

1- התדירות בה הדגימה מוארת.

2- סוג המולקולות שיש לנתח.

3 - ריכוז התמיסה.

4- אורך השביל שנסע על ידי אלומת האור.

מנתוני הניסוי עולה כי התמסורת T פוחתת באופן אקספוננציאלי עם הריכוז C ועם אורך L של הנתיב האופטי:

T = 10 ^-a⋅C⋅L

בביטוי לעיל a הוא קבוע התלוי בתדירות ובסוג החומר.

התרגיל נפתר

תרגיל 1

לדגימה סטנדרטית של חומר מסוים יש ריכוז של 150 מיקרומול לליטר (מיקרומטר). כאשר נמדדת הטרנספרנס שלו באור של 525 ננומטר, מתקבלת מעבר של 0.4.

דגימה נוספת של אותו חומר, אך בעלת ריכוז לא ידוע, בעלת מעבר של 0.5, כאשר נמדדת באותה תדר ועם אותו עובי אופטי.

חשב את הריכוז של הדגימה השנייה.

תשובה

התמסורת T מתפוררת באופן אקספוננציאלי עם הריכוז C:

T = 10 ^-b⋅L

אם נלקח הלוגריתם של השוויון הקודם, הוא נשאר:

יומן T = -b⋅C

חלוקת חבר לפי חבר את השוויון הקודם שהוחל על כל מדגם ופתרון לריכוז הלא ידוע נשאר:

C2 = C1⋅ (יומן T2 / יומן T1)

C2 = 150μM⋅ (יומן 0.5 / log 0.4) = 150μM⋅ (-0.3010 / -0.3979) = 113.5 מיקרומטר

הפניות

1. אטקינס, עמ '1999. כימיה פיזיקלית. מהדורות אומגה. 460-462.
2. המדריך. מעבר וספיגה. התאושש מ: quimica.laguia2000.com
3. טוקסיקולוגיה סביבתית. מעבר, קליטה וחוקו של למברט. התאושש מ: repositorio.innovacionumh.es
4. הרפתקה גופנית. ספיגה ושידור. התאושש מ: rpfisica.blogspot.com
5. ספקטרופוטומטריה. התאושש מ: chem.libretexts.org
6. טוקסיקולוגיה סביבתית. מעבר, קליטה וחוקו של למברט. התאושש מ: repositorio.innovacionumh.es
7. ויקיפדיה. מעבר. התאושש מ: wikipedia.com
8. ויקיפדיה. ספקטרופוטומטריה. התאושש מ: wikipedia.com