Изучение поглощения света веществом - файл n1.doc

приобрести
Изучение поглощения света веществом
скачать (21.8 kb.)
Доступные файлы (2):

n1.doc	46kb.	26.06.1999 17:53	скачать
n2.doc	95kb.	02.01.2006 15:28	скачать

n1.doc

Отчет о лабораторной работе № 68

"Изучение поглощения света веществом"

Принимал: Осипов В.С.

Цель работы: исследовать зависимость оптической плотности и коэффициентов пропускания растворов от толщины поглощающего слоя, концентрации растворов, длины волны поглощаемого света. Определить коэффициенты поглощения исследуемых растворов в зависимости от длины волны.

Теоретическая часть:

Поглощением (абсорбцией) света называется явление потери энергии световой волной, проходящей через вещество, вследствие преобразования ее в различные формы внутренней энергии вещества или вторичного излучения других направлений и спектрального состава.

Вещество представляет собой как бы набор осцилляторов с различными собственными частотами и коэффициентами затухания колебаний. Вблизи собственных частот колебаний электронов в атомах и атомов в молекулах происходит резонанс с колебаниями электрического поля световой волны, что приводит к поглощению света. Энергия поглощенной световой волны полностью возвращается в виде вторичного излучения, если среда является идеально однородной. В реальных средах не вся поглощенная энергия возвращается в виде вторичного излучения, часть ее переходит в другие виды энергии, в частности, в тепловую, и тело нагревается. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.

Поглощение света в веществе описывается законом Бугера-Ламберта:

I = I₀e^-^^l

где I₀ и I - соответственно интенсивности монохроматической световой волны на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной l;

 - коэффициент поглощения, зависящий от длины волны света, химической природы и состояния вещества.

Знак минус указывает на убыль интенсивности. Физический смысл коэффициента поглощения заключается в том, что он равен обратной величине толщины такого слоя, при котором интенсивность света I по сравнению с I₀ уменьшается в e = 2.72 раза.

На рисунке представлены типичная зависимость коэффициента поглощения от частоты света и зависимость показателя преломления n от в области полосы поглощения (видно, что внутри полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия - n убывает с увеличением ):

, n



n



₀

Если поглощающее вещество растворено в прозрачном растворителе, то интенсивность поглощенного света будет определятся количеством молекул поглощающего вещества, приходящихся на единицу концентрации. Коэффициент поглощения является функцией концентрации:

С

где - коэффициент поглощения света для единицы концентрации растворенного вещества;

С - концентрация растворенного вещества.

Выражение

I = I₀e^-^^с^l

носит название закона Бугера-Ламберта-Бера (интегральная форма). В дифференциальной форме этот закон записывается следующим образом:

dI/I = Сdl

Отношение интенсивностей световых потоков, прошедшего (I) и падающего (I₀) на вещество называется коэффициентом пропускания:

T = I/I₀

Обратный логарифм коэффициента пропускания называется оптической плотностью:

D = -lnT = ln(I₀/I) = Сl
Описание установки:

В данной работе используется однолучевой фотоэлектрический колориметр KFS-2, предназначенный для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности в видимом спектральном диапазоне от 340 до 850 нм.

Принципиальная схема:

1

5

4

3

2

От источника 1 луч света проходит через светофильтр 2, кювету с жидкостью 3, а затем в фотоэлектрический усилитель 5, имеющий стрелочный индикатор с линейной шкалой (от 0 до 100%) для отсчета коэффициента пропускания Т и логарифмической шкалой (от 0 до для отсчета оптической плотности D. Для изменения интенсивности светового пучка в приборе имеется щель 4.

Для проверки законов поглощения в работе используются растворы солей в воде: а) нитрата никеля Ni(NO₃)₂ - зеленые кристаллы, б) дихромата калия K₂Cr₂O₇ - оранжевые кристаллы.
Результаты измерений и расчетов:

Для исследуемого раствора: Т = 18.5 %, D = 0.74 при длине волны нм.

1). Исследование зависимости поглощения света от концентрации растворов:

Таблица 1

Раствор	N	C, моль/л	l, см	D	T, %	 моль^-1л см
K₂Cr₂O₇	1	0.4	1	0.6	25	1.5
	2	0.2	1	0.64	10.6	3.2
	3	0.05	1	0.23	60	4.6
	4	C_x= 0.09	1	0.33	52	3.8

Опыт проведен для длины волны нм.

Величина C_x определена из графика и составляет 0.09 моль/л. Погрешность измерения составляет примерно 0.0125 моль/л (что соответствует 1 мм на графике). Таким образом С_x = 0.09

0.01 моль/л.

2). Исследование зависимости поглощения света от толщины слоя вещества:

Таблица 2

Раствор	N	C, моль/л	l, см	D	T, %
Ni(NO₃)₂	1	0.5	1	0.19	65
	2	0.5	0.51	0.09	81
	3	0.5	0.5	0.05	95
	4	0.5	5	1	10

3). Исследование зависимости поглощения света веществом от длины волны:

Таблица 3

Раствор	, нм	D	T,%	
K₂Cr₂O₇	670	0.58	26.5	1.45
	590	0.7	20	1.75
	540	1.6	2.0	4
	490		0	
	440		0	
Ni(NO₃)₂	670	1.2	9	4.8
	590	0.3	50	1.2
	540	0.1	80	0.4
	490	0.06	86	0.24
	440	0.37	44	1.48

Вывод о работе: проделав данную работу, мы изучили зависимость оптической плотности и коэффициентов пропускания растворов от толщины поглощающего слоя, концентрации растворов, длины волны поглощаемого света, установив, что при малой концентрации раствора (K₂Cr₂O₇) его оптическая плотность растет линейно, при дальнейшем же увеличении С линейность не наблюдается (рис. 1.1) - это объясняется физико-химическим взаимодействием молекул. Молярный коэффициент поглощения соответственно уменьшается (табл. 3).

Исследование зависимости поглощения света от толщины слоя вещества проводилось на растворе Ni(NO₃)₂. В ходе эксперимента установлено, что оптическая плотность D линейно возрастает с увеличением толщины слоя вещества (рис. 2.1), а коэффициент пропускания Т соответственно уменьшается (рис. 2.2).

При увеличении длины волны с 440 до 670 нм наблюдалось уменьшение оптической плотности оранжевого раствора K₂Cr₂O₇и ее увеличение у зеленого раствора Ni(NO₃)₂ (рис.3).