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

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 λ_max ( 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 + ... +A_n

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 c_C i c_D należy zmierzyć absorpcję roztworu przy dł. fal λ₁ , λ₂ i rozwiązać układ równań z dwiema niewiadomymi.

A₁ = α_λ1,C⋅c_C⋅l + α_λ1,D⋅c_D⋅l

A₂ = α_λ2,C⋅c_C⋅l + α_λ2,D⋅c_D⋅l

α_λ1,C , α_λ1,D , α_λ2,C , α_λ2,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=5,636 αλ2,NiCl=2,32
				0,135 0,244 0,331 0,425 0,521	0,107 0,215 0,322 0,430 0,538		0,070 0,116 0,149 0,171 0,200	0,05 0,09 0,135 0,177 0,221
CoCl2 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0		0,150 0,188 0,253 0,353 0,418	0,09 0,173 0,26 0,347 0,43	0,234 0,395 0,596 0,727 0,900	0,19 0,37 0,56 0,74 0,92	αλ1,CoCl=0,455 αλ2,CoCl=0,973
NiCl2 0,02 0,04 0,06 0,08 x	CoCl2 0,8 0,6 0,4 0,2 y	0,416 0,458 0,477 0,495 0,300	0,454 0,475 0,495 0,52	0,763 0,630 0,495 0,350 0,330	0,79 0,65 0,5 0,367

Rys.1 Wykres zależności A=f (c )

Rys.2 Wykres zależności A = f (c )

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

α_λ1,NiCl α_λ1,CoCl , α_λ2,NiCl , α_λ2,CoCl

Współczynnik kierunkowy prostej opisany równaniem :

y = b⋅x

wyznacza się z zależności :

stąd α = b/l

Dla roztworu niklu przy λ₁ = 400 nm

Lp.	xi	yi	xiyi	xi^2
1	0,02	0,135	0,0027	0,0004
2	0,04	0,244	0,00976	0,0016
3	0,06	0,331	0,01986	0,0036
4	0,08	0,425	0,034	0,0064
5	0,1	0,521	0,0521	0,01
b = 0,11842/0,022=5,382 stąd αλ1,NiCl = 5,382 / 0,955 = 5,636

Dla roztworu niklu przy λ₂ = 425 nm :

Lp.	xi	yi	xiyi	xi^2
1	0,02	0,070	0,0014	0,0004
2	0,04	0,116	0,00464	0,0016
3	0,06	0,149	0,00894	0,0036
4	0,08	0,171	0,01368	0,0064
5	0,1	0,200	0,02	0,01
b = 0,04886/0,022=2,22 stąd αλ2,NiCl = 2,22 / 0,955 = 2,32

Dla roztworu kobaltu przy λ₁ = 400 nm

Lp.	xi	yi	xiyi	xi^2
1	0,2	0,150	0,03	0,04
2	0,4	0,188	0,0752	0,16
3	0,6	0,253	0,1518	0,36
4	0,8	0,353	0,2824	0,64
5	1,0	0,418	0,418	1,0
b=0,9574/2,2=0,435stąd αλ1,CoCl = 0,435/0,955 = 0,455

Dla roztworu kobaltu przy λ₂ = 425 nm :

Lp.	xi	yi	xiyi	xi^2
1	0,2	0,234	0,0468	0,04
2	0,4	0,395	0,158	0,16
3	0,6	0,596	0,3576	0,36
4	0,8	0,727	0,5816	0,64
	1,0	0,900	0,900	1,0
b = 2,044/2,2=0,9291 stąd αλ2,CoCl = 0,9291/0,955 = 0,973

Z równania :

A = α_NiCl⋅l⋅c _NiCl + α_CoCl⋅l⋅c _CoCl

obliczono wartości absorpcji dla λ₁ i λ₂ dla mieszanin niklu i kobaltu , które wpisano do tabeli wyników.

Z układu równań :

A_λ1 = α_λ1,NiCl⋅l⋅x+ α_λ1,CoCl⋅l⋅y

A_λ2 = α_λ2,NiCl⋅l⋅x+ α_λ2,CoCl⋅l⋅y

gdzie :

x = c_NiCl

y = c_CoCl

obliczono stężenia NiCl₂ i CoCl₂ w zadanym do analizie roztworze tych soli.

= 0,0933 [mol/dm3]

= 0,2349 [mol/dm3]

1

---