النفاذية: ما هي ، مخطط الطاقة الجزيئية والتمرين - جسدي - بدني - 2026

و النفاذية البصرية هي نسبة شدة الضوء الناشئة والحادث كثافة الضوء على عينة من محلول شفاف التي تم مضيئة مع ضوء أحادي اللون.

تسمى العملية الفيزيائية لتمرير الضوء عبر عينة بنقل الضوء ، والنفاذية هي مقياس لانتقال الضوء. تعتبر النفاذية قيمة مهمة لتحديد تركيز عينة مذابة بشكل عام في مذيب مثل الماء أو الكحول ، من بين أمور أخرى.

الشكل 1. الجمعية لقياس النفاذية. المصدر: F. Zapata.

يقيس مقياس الضوء الكهربائي تيارًا متناسبًا مع شدة الضوء التي تسقط على سطحه. لحساب النفاذية ، يتم قياس إشارة الشدة المقابلة للمذيب وحده أولاً بشكل عام ويتم تسجيل هذه النتيجة على أنها Io.

ثم توضع العينة المذابة في المذيب بنفس ظروف الإضاءة ويشار إلى الإشارة المقاسة بواسطة مقياس الضوء الكهربي بالرمز I ، ثم يتم حساب النفاذية وفقًا للصيغة التالية:

T = أنا / أنا أو

وتجدر الإشارة إلى أن النفاذية هي كمية لا أبعاد لها ، لأنها مقياس لشدة الإضاءة لعينة فيما يتعلق بكثافة انتقال المذيب.

ما هو النفاذية؟

امتصاص الضوء في وسط

عندما يمر الضوء عبر عينة ، تمتص الجزيئات بعض الطاقة الضوئية. النفاذية هي مقياس مجهري لظاهرة تحدث على المستوى الجزيئي أو الذري.

الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية ، والطاقة التي يحملها موجودة في المجال الكهربائي والمغناطيسي للموجة. تتفاعل هذه الحقول المتذبذبة مع جزيئات المادة.

تعتمد الطاقة التي تحملها الموجة على ترددها. يحتوي الضوء أحادي اللون على تردد واحد ، بينما يحتوي الضوء الأبيض على نطاق أو طيف من الترددات.

تنتقل جميع ترددات الموجة الكهرومغناطيسية في فراغ بنفس السرعة البالغة 300000 كم / ثانية. إذا أشرنا بواسطة c إلى سرعة الضوء في الفراغ ، فإن العلاقة بين التردد f وطول الموجة λ هي:

ج = λ⋅f

نظرًا لأن c ثابت ، فإن كل تردد يتوافق مع الطول الموجي الخاص به.

لقياس نفاذية مادة ما ، يتم استخدام مناطق الطيف الكهرومغناطيسي المرئي (380 نانومتر إلى 780 نانومتر) ، ومنطقة الأشعة فوق البنفسجية (180 إلى 380 نانومتر) ومنطقة الأشعة تحت الحمراء (780 نانومتر إلى 5600 نانومتر).

تعتمد سرعة انتشار الضوء في وسط مادي على التردد وهي أقل من c. هذا ما يفسر التشتت في المنشور الذي يمكن من خلاله فصل الترددات التي يتكون منها الضوء الأبيض.

النظرية الجزيئية لامتصاص الضوء

من الأفضل فهم هذه التحولات من خلال مخطط الطاقة الجزيئي الموضح في الشكل 2:

الشكل 2. مخطط الطاقة الجزيئية. المصدر: F. Zapata.

في الرسم التخطيطي ، تمثل الخطوط الأفقية مستويات طاقة جزيئية مختلفة. الخط E0 أساسي أو مستوى طاقة أقل. المستويان E1 و E2 هما مستويات متحمسة من طاقة أعلى. تتوافق مستويات E0 و E1 و E2 مع الحالات الإلكترونية للجزيء.

تتوافق المستويات الفرعية 1 و 2 و 3 و 4 داخل كل مستوى إلكتروني مع الحالات الاهتزازية المختلفة المقابلة لكل مستوى إلكتروني. يحتوي كل مستوى من هذه المستويات على أقسام فرعية دقيقة لا يظهر أنها تتوافق مع حالات الدوران المرتبطة بكل مستوى اهتزازي.

يُظهر الرسم البياني أسهمًا رأسية تمثل طاقة الفوتونات في نطاقات الأشعة تحت الحمراء والمرئية والأشعة فوق البنفسجية. كما يتضح ، لا تملك فوتونات الأشعة تحت الحمراء طاقة كافية لتعزيز التحولات الإلكترونية ، في حين أن الأشعة المرئية والأشعة فوق البنفسجية تفعل ذلك.

عندما تتطابق الفوتونات الساقطة لشعاع أحادي اللون في الطاقة (أو التردد) مع فرق الطاقة بين حالات الطاقة الجزيئية ، عندئذ يحدث امتصاص الفوتونات.

العوامل التي تعتمد عليها النفاذية

وفقًا لما قيل في القسم السابق ، فإن النفاذية ستعتمد بعد ذلك على عدة عوامل ، من بينها يمكننا تسمية:

1- معدل تكرار إضاءة العينة.

2- نوع الجزيئات المراد تحليلها.

3- تركيز المحلول.

4- طول المسار الذي يسلكه شعاع الضوء.

تشير البيانات التجريبية إلى أن النفاذية T تتناقص بشكل كبير مع التركيز C وطول L من المسار البصري:

T = 10 ^-a⋅C⋅L

في التعبير أعلاه ، a ثابت يعتمد على التكرار ونوع المادة.

تمرين حل

التمرين 1

عينة قياسية من مادة معينة لها تركيز 150 ميكرومول لكل لتر (ميكرومتر). عندما يتم قياس نفاذه بضوء 525 نانومتر ، يتم الحصول على نفاذية 0.4.

عينة أخرى من نفس المادة ، ولكن ذات تركيز غير معروف ، لها نفاذية 0.5 ، عند قياسها بنفس التردد وبنفس السماكة البصرية.

احسب تركيز العينة الثانية.

الرد

تتحلل النفاذية T أسيًا مع التركيز C:

T = 10 ^-b⋅L

إذا تم أخذ لوغاريتم المساواة السابقة ، يبقى:

تسجيل T = -b⋅C

قسمة العضو على عضو المساواة السابقة المطبقة على كل عينة ويبقى حل التركيز المجهول:

C2 = C1⋅ (سجل T2 / سجل T1)

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

المراجع

1. اتكينز ، ص 1999. الكيمياء الفيزيائية. إصدارات أوميغا. 460-462.
2. الدليل. النفاذية والامتصاصية. تم الاسترجاع من: quimica.laguia2000.com
3. علم السموم البيئية. قانون النفاذية والامتصاصية ولامبرت. تم الاسترجاع من: repositorio.innovacionumh.es
4. مغامرة جسدية. الامتصاصية والنفاذية. تم الاسترجاع من: rpfisica.blogspot.com
5. قياس الطيف الضوئي. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
6. علم السموم البيئية. قانون النفاذية والامتصاصية ولامبرت. تم الاسترجاع من: repositorio.innovacionumh.es
7. ويكيبيديا. النفاذية. تم الاسترجاع من: wikipedia.com
8. ويكيبيديا. قياس الطيف الضوئي. تم الاسترجاع من: wikipedia.com