ABSORÇÃO: O QUE É, EXEMPLOS E EXERCÍCIOS RESOLVIDOS - FISICA - 2024

A absorbância é o logaritmo com um sinal negativo do quociente entre a intensidade da luz emergente e a intensidade da luz incidente em uma amostra de solução translúcida que foi iluminada com luz monocromática. Este quociente é a transmitância.

O processo físico da luz que passa por uma amostra é chamado de transmissão de luz e a absorbância é uma medida disso. Assim, a absorbância se torna o menor logaritmo da transmitância e é um dado importante para determinar a concentração de uma amostra que geralmente é dissolvida em um solvente como água, álcool ou qualquer outro.

Figura 1. Diagrama do processo de absorbância. Preparado por F. Zapata

Para medir a absorbância, é necessário um aparelho denominado eletrofotômetro, com o qual se mede uma corrente proporcional à intensidade da luz incidente em sua superfície.

Ao calcular a transmitância, o sinal de intensidade correspondente ao solvente sozinho geralmente é medido primeiro e este resultado é registrado como Io.

Em seguida, a amostra dissolvida é colocada no solvente sob as mesmas condições de iluminação. O sinal medido pelo eletrofotômetro é denotado como I, o que permite que a transmitância T seja calculada de acordo com a seguinte fórmula:

T = I / I ou

É uma quantidade adimensional. A absorbância A é então expressa como:

A = - log (T) = - log (I / I o)

Absorvância e absortividade molar

As moléculas que compõem uma substância química são capazes de absorver luz, e uma medida disso é precisamente a absorvância. É o resultado da interação entre fótons e elétrons moleculares.

Portanto, é uma magnitude que vai depender da densidade ou concentração das moléculas que compõem a amostra e também do caminho óptico ou da distância percorrida pela luz.

Os dados experimentais indicam que a absorbância A é linearmente proporcional à concentração C e à distância d percorrida pela luz. Portanto, para calculá-lo com base nesses parâmetros, a seguinte fórmula pode ser estabelecida:

A = ε⋅C⋅d

Na fórmula acima, ε é uma constante de proporcionalidade conhecida como absortividade molar.

A absortividade molar depende do tipo de substância e do comprimento de onda no qual a absorbância é medida. A absortividade molar também é sensível à temperatura e ao pH da amostra.

Lei Beer-Lambert

Essa relação entre absorbância, absortividade, concentração e distância da espessura do caminho que a luz segue dentro da amostra é conhecida como lei de Beer-Lambert.

Figura 2. Lei de Beer-Lambert. Fonte: F. Zapata, Aqui estão alguns exemplos de como usá-lo.

Exemplos

Exemplo 1

Durante um experimento, uma amostra é iluminada com luz vermelha de um laser de hélio-neon, cujo comprimento de onda é de 633 nm. Um eletrofotômetro mede 30 mV quando a luz do laser atinge diretamente e 10 mV quando passa por uma amostra.

Neste caso, a transmitância é:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

E a absorbância é:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Exemplo 2

Se a mesma substância for colocada em um recipiente com metade da espessura do usado no Exemplo 1, diga o quanto o eletrofotômetro marcará quando a luz do laser de hélio-neon passar pela amostra.

Deve-se considerar que se a espessura diminui pela metade, então a absorbância que é proporcional à espessura óptica diminui pela metade, ou seja, A = 0,28. A transmitância T será dada pela seguinte relação:

T = 10-A = 10 ^ (- 0,28) = 0,53

O eletrofotômetro irá ler 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Exercícios resolvidos

Exercício 1

Queremos determinar a absortividade molar de um determinado composto patenteado que está em solução. Para fazer isso, a solução é iluminada com luz de uma lâmpada de sódio de 589 nm. A amostra será colocada em um porta-amostras com 1,50 cm de espessura.

O ponto de partida é uma solução com uma concentração de 4,00 × 10 ^ -4 moles por litro e a transmitância é medida, resultando em 0,06. Usando esses dados, determine a absortividade molar da amostra.

Solução

Primeiro, a absorbância é determinada, que é definida como o logaritmo mínimo para basear dez da transmitância:

A = - log (T)

A = - log (0,06) = 1,22

Em seguida, é utilizada a lei de Lambert-Beer que estabelece uma relação entre absorbância, absortividade molar, concentração e comprimento óptico:

A = ε⋅C⋅d

Resolvendo para absortividade molar, a seguinte relação é obtida:

ε = A / (C⋅d)

substituindo os valores fornecidos, temos:

ε = 1,22 / (4,00 × 10 ^ -4 M⋅1,5 cm) = 2030 (M⋅cm) ^ - 1

O resultado acima foi arredondado para três dígitos significativos.

Exercício 2

Para melhorar a precisão e determinar o erro da medição da absortividade molar da amostra no exercício 1, a amostra é sucessivamente diluída até a metade da concentração e a transmitância é medida em cada caso.

A partir de Co = 4 × 10 ^ -4 M com transmitância T = 0,06, a seguinte sequência de dados é obtida para a transmitância e a absorbância calculada a partir da transmitância:

Co / 1–> 0,06–> 1,22

Co / 2–> 0,25–> 0,60

Co / 4–> 0,50–> 0,30

Co / 8–> 0,71–> 0,15

Co / 16–> 0,83–> 0,08

Co / 32–> 0,93–> 0,03

Co / 64–> 0,95–> 0,02

Co / 128–> 0,98–> 0,01

Co / 256–> 0,99–> 0,00

Com esses dados, execute:

a) Gráfico da absorbância em função da concentração.

b) Um ajuste linear dos dados e encontre a inclinação.

c) A partir da inclinação obtida, calcule a absortividade molar.

Solução

Figura 3. Absorbância vs. Concentração. Fonte: F. Zapata.

O declive obtido é o produto da absortividade molar pela distância óptica, dividindo o declive pelo comprimento 1,5 cm obtemos a absortividade molar

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

Exercício 3

Com os dados do exercício 2:

a) Calcule a absortividade para cada dado.

b) Determine um valor médio para a absortividade molar, seu desvio padrão e o erro estatístico associado à média.

Solução

A absortividade molar é calculada para cada uma das concentrações testadas. Lembre-se de que as condições de iluminação e a distância óptica permanecem fixas.

Os resultados para a absortividade molar são:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1.872, 1862 em unidades de 1 / (M * cm).

A partir desses resultados, podemos obter o valor médio:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Com um desvio padrão de: 184 (M * cm) ^ - 1

O erro médio é o desvio padrão dividido pela raiz quadrada do número de dados, ou seja:

Δ <ε> = 184/9 ^ 0,5 = 60 (M * cm) ^ - 1

Finalmente, conclui-se que a substância patenteada tem uma absortividade molar na frequência 589 nm produzida por uma lâmpada de sódio de:

<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

Referências

1. Atkins, P. 1999. Physical Chemistry. Edições Omega. 460-462.
2. A guia. Transmitância e absorbância. Recuperado de: quimica.laguia2000.com
3. Toxicologia Ambiental. Transmitância, absorbância e lei de Lambert. Recuperado de: repositorio.innovacionumh.es
4. Aventura física. Absorbância e transmitância. Recuperado de: rpfisica.blogspot.com
5. Espectofotometria. Recuperado de: chem.libretexts.org
6. Toxicologia Ambiental. Transmitância, absorbância e lei de Lambert. Recuperado de: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Absorvância Recuperado de: wikipedia.com
8. Wikipedia. Espectrofotometria. Recuperado de: wikipedia.com