Zakład Chemii Fizycznej
Laboratorium studenckie
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 3
Spektrofotometria
Temat : Sprawdzanie prawa addytywności absorpcji światła dla mieszaniny
dwuskładnikowej
Wyposażenie ćwiczenia :
Aparatura - Spektrofotometr „ Spekol ”
Odczynniki - Zestaw roztworów NiCl2 i CoCl2 :
0,02m; 0,04m; 0,06m; 0,08m; 0,1m NiCl2
0,2m; 0,4m; 0,6m; 0,8m; 1m CoCl2
0,02m NiCl2 + 0,8m CoCl2
0,04m NiCl2 + 0,6m CoCl2
0,06m NiCl2 + 0,4m CoCl2
0,08m NiCl2 + 0,2m CoCl2
x m NiCl2 + y m CoCl2
Wykonali :
Sebastian Tkacz
Marek Zieliński
Inż. Chem. rok II gr. II
Teoria :
Absorpcja światła przez substancje barwne ma charakter selektywny. Absorpcja roztworu i molowy współczynnik absorpcji są odmienne dla różnych dł. fali światła przechodzącego przez roztwór.
Dł. fali, przy której obserwuje się maksimum absorpcji światła oznaczamy przez λmax ( dł. analityczna ). Jeżeli w roztworze znajduje się kilka substancji nie reagujących ze sobą, to absorpcja światła przez roztwór jest sumą absorpcji poszczególnych składników :
A = A1 + A2 + ... +An
Na pomiarze absorpcji promieniowania światła w zakresie nadfioletu, części widzialnej i podczerwieni oparty jest obszerny dział metod analitycznych zwany ogólnie ABSORPCJOMETRIĄ. W szczególnym przypadku, gdy pomiaru dokonuje się spektrofotometrami, metody te zwane są metodami spektrofotometrycznymi. Zastosowanie ich umożliwia oznaczenie 1 - 3 składników w roztworze.
Oznaczanie stężenia składnika barwnego w roztworze dokonuje się przez pomiar absorpcji roztworu w zakresie widzialnym. W przypadku roztworu jednoskładnikowego w roztworze odczytuje się bezpośrednio z linii kalibracji A = f(c) wyznaczonej dla szeregu roztworów o znanym stężeniu.
Zastosowanie tej metody analizy dla roztworu dwuskładnikowego, zawierającego np. związki barwne C i D jest możliwe w przypadku, gdy składniki te mają widma absorpcji o maksimach przy różnych dł. fal λ1 , λ2 i widma te częściowo pokrywają się, a przy tym obie substancje spełniają prawo LAMBERTA - BEERA przy wymienionych dł. fal w dostatecznie szerokim zakresie wartości absorpcji. W celu obliczenia stężeń substancji cC i cD należy zmierzyć absorpcję roztworu przy dł. fal λ1 , λ2 i rozwiązać układ równań z dwiema niewiadomymi.
A1 = αλ1,C⋅cC⋅l + αλ1,D⋅cD⋅l
A2 = αλ2,C⋅cC⋅l + αλ2,D⋅cD⋅l
αλ1,C , αλ1,D , αλ2,C , αλ2,D - współczynniki absorpcji wyznaczone z pomiarów absorpcji jednoskładnikowych roztworów związków C i D przy dł. fal λ1 , λ2
Celem ćwiczenia jest sprawdzenie słuszności prawa addytywności absorpcji światła dla roztworu dwuskładnikowego CoCl2 i NiCl2 dla dł. fal: λ1=400 nm i λ2=425 nm oraz oznaczenie składu zadanego roztworu dwuskładnikowego tych soli metodą analizy spektrofotometrycznej.
Opracowanie wyników :
c |
λ1 = 400 nm |
λ2 = 425 nm |
|
|||
NiCl2 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 |
zmierzone |
obliczone |
zmierzone |
obliczone |
αλ1,NiCl=4,49
αλ2,NiCl=1,65 |
|
|
0,09 0,18 0,27 0,36 0,4 |
|
0,035 0,07 0,1 0,13 0,165 |
|
|
|
CoCl2 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 |
0,065 0,12 0,175 0,235 0,3 |
|
0,14 0,285 0,43 0,57 0,72 |
|
αλ1,CoCl=0,3
αλ2,CoCl=0,71 |
|
NiCl2 0,02 0,04 0,06 0,08 0,034
|
CoCl2 0,8 0,6 0,4 0,2 0,18 |
0,33 0,37 0,39 0,42 0,2
|
0,329 0,395 0,389 0,42 0,206 |
0,61 0,51 0,39 0,275 0,185 |
0,605 0,495 0,385 0,275 0,184 |
|
Na podstawie wykreślonej zależności A = f(c) dla roztworów niklu i kobaltu dla
λ1 = 400 nm i λ2 = 425 nm, pomijając w obliczeniach punkty wyraźnie odbiegające od prostej wyznaczono metodą najmniejszych kwadratów współczynniki absorpcji
αλ1,NiCl αλ1,CoCl , αλ2,NiCl , αλ2,CoCl
Współczynnik kierunkowy prostej opisany równaniem :
y = b⋅x
wyznacza się z zależności :
stąd α = b/l l=1.002
Dla roztworu niklu przy λ1 = 400 nm
Lp. |
xi |
yi |
xiyi |
xi2 |
y* |
1 |
0,02 |
0,09 |
0,0018 |
0,0004 |
0,09 |
2 |
0,04 |
0,18 |
0,0072 |
0,0016 |
0,18 |
3 |
0,06 |
0,27 |
0,0162 |
0,0036 |
0,27 |
4 |
0,08 |
0,36 |
0,0288 |
0,0064 |
0,36 |
5 |
0,1 |
0,45 |
0,045 |
0,01 |
0,45 |
|
|
|
|
|
|
b = 0,405 / 0,09 = 4,5 stąd αλ1,NiCl = 4,5 / 1,002 = 4,491 |
Dla roztworu niklu przy λ2 = 425 nm :
Lp. |
xi |
yi |
xiyi |
xi2 |
y* |
1 |
0,02 |
0,035 |
0,0007 |
0,0004 |
0,033 |
2 |
0,04 |
0,07 |
0,0028 |
0,0016 |
0,066 |
3 |
0,06 |
0,1 |
0,006 |
0,0036 |
0,1 |
4 |
0,08 |
0,13 |
0,0104 |
0,0064 |
0,134 |
5 |
0,1 |
0,165 |
0,0165 |
0,01 |
0,167 |
|
|
|
|
|
|
b = 0,15/ 0,09 = 1,67 stąd αλ2,NiCl = 1,67 / 1,002 = 1,647 |
Dla roztworu kobaltu przy λ1 = 400 nm
Lp. |
xi |
yi |
xiyi |
xi2 |
y* |
1 |
0,2 |
0,065 |
0,013 |
0,04 |
0,058 |
2 |
0,4 |
0,12 |
0,048 |
0,16 |
0,116 |
3 |
0,6 |
0,175 |
0,105 |
0,36 |
0,174 |
4 |
0,8 |
0,235 |
0,188 |
0,64 |
0,232 |
5 |
1,0 |
0,3 |
0,3 |
1,0 |
0,29 |
|
|
|
|
|
|
b = 2,685/ 9 = 0,29 stąd αλ1,CoCl = 0,29/1,002 = 0,298 |
Dla roztworu kobaltu przy λ2 = 425 nm :
Lp. |
xi |
yi |
xiyi |
xi2 |
y* |
1 |
0,2 |
0,14 |
0,028 |
0,04 |
0,143 |
2 |
0,4 |
0,285 |
0,114 |
0,16 |
0,286 |
3 |
0,6 |
0,43 |
0,258 |
0,36 |
0,429 |
3 |
0,8 |
0,57 |
0,456 |
0,64 |
0,572 |
4 |
1,0 |
0,72 |
0,72 |
1,0 |
0,715 |
|
|
|
|
|
|
b = 6,435 / 9 =0,715 stąd αλ2,CoCl = 0,715/1,002 = 0,714 |
Z równania :
A = αNiCl⋅l⋅c NiCl + αCoCl⋅l⋅c CoCl
obliczono wartości absorpcji dla λ1 i λ2 dla mieszanin niklu i kobaltu , które wpisano do tabeli wyników.
Z układu równań :
Aλ1 = αλ1,NiCl⋅l⋅x+ αλ1,CoCl⋅l⋅y
Aλ2 = αλ2,NiCl⋅l⋅x+ αλ2,CoCl⋅l⋅y
gdzie :
x = cNiCl
y = cCoCl
obliczono stężenia NiCl2 i CoCl2 w zadanym do analizie roztworze tych soli.
4