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SPETTROFOTOMETRIA

fisica


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SPETTROFOTOMETRIA

Scopo della prova

Rilevare dati di ABS in soluzioni di diversa concentrazione di permanganato di potassio ed esaminare e descrivere lo spettro di assorbimento.

Materiale usato

-   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p;  KMnO3 ;



-   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p;  acqua deionizzata;

-   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p;  spettrofotometro;

-   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p;  pipetta;

-   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p;  cuvette o celle;

-   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p;  materiale per pulizia.

La LUCE è un fenomeno fisico consistente nell'emissione o riflessione da parte di un corpo di onde elettromagnetiche aventi una lunghezza tale da essere percepite dall'occhio umano. Le onde elettromagnetiche possono essere straordinariamente corte (raggi X e gamma) o avere una lunghezza d'onda molto grande (onde radio); il nostro occhio è sensibile a onde elettromagnetiche comprese in un piccolo intervallo di lunghezze d'onda e in tale intervallo riesce a distinguere i colori, dal rosso al violetto. Le onde immediatamente esterne all'intervallo visibile sono dette "infrarosse" se la loro lunghezza d'onda è maggiore di quella del rosso, "ultraviolette" se la loro lunghezza d'onda è minore di quelle del violetto; il nostro occhio non riesce a vedere queste radiazioni.

Lo spettrofotometro è uno strumento che serve a confrontare le intensità delle radiazioni luminose di due sorgenti su una medesima lunghezza d'onda nelle varie parti dello spettro. La parola spettrofotometria, infatti, può venire divisa in "spettro", in quanto fa incidere una luce di frequenza ben precisa, e "fotometria" intesa come parte dell'ottica che riguarda la misurazione delle grandezze fisiche relative a radiazioni luminose. Lo spettro, invece, può essere definito come il risultato, sotto forma di figura o diagramma, dell'analisi delle componenti di una radiazione ondulatoria, in funzione di una grandezza caratteristica della radiazione stessa, quale la frequenza, la lunghezza d'onda, l'energia o la velocità. Lo spettro di assorbimento che si andrà a calcolare è l'insieme delle radiazioni monocromatiche che una sostanza è capace di assorbire.

A tal proposito si ricordi la legge di Lambert e Beer la quale afferma che la quantità di luce è proporzionale allo spessore della soluzione, alla concentrazione e alla natura della soluzione medesima. 

Il termine assorbanza può venire definito come quantità di luce assorbita oppure come l'opposto del logaritmo della trasmittanza.

Il simbolo dell' assorbanza è "A" e la sua formula può venire così indicata:

A = b × C × a

Ove "C" è la concentrazione della soluzione, "a" è la costante (assorbibità) e "b" è lo spessore della celletta ( o cuvetta).

Da questa uguaglianza si nota come valga la legge sopra citata di Lambert e Beer, difatti essendo "a" una costante l'assorbanza dipenderà dalla concentrazione e dallo spessore della celletta. Nel caso della prova eseguita quest'ultimo dato rimaneva costante quindi ciò che influenzava sull'assorbanza era la concentrazione.

Nelle cuvette una parte del raggio viene trasmessa e una parte viene assorbita dal liquido in esso contenuto (che può essere di vario tipo). Quelle utilizzate nella prova avevano uno spessore di 1 cm e una capacità di 3 ml. Due facce di esse erano lisce (attraverso le quali passava il raggio) mentre due erano zigrinate per permetterne la presa con le dita. La parte del raggio trasmesso sarà minore di quello assorbito.

La trasmittanza viene indicata con "T" e la legge che la descrive è la seguente :

I0 ----------> SOLUZIONE ------------> It

It / I0 = T

Dove con It e I0 si intende rispettivamente il raggio in uscita e quello in ingresso.

Gli elettroni (in questo caso in una soluzione) si muovono intorno ad un nucleo positivo: l'energia totale dell'elettrone è la somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale. L'energia totale deve avere valori precisi, distinti, ossia quantizzati: gli elettroni occupano regioni dello spazio corrispondenti a livelli energetici quantizzati. Se salta a un livello energetico superiore, l'elettrone assorbe energia; se passa a un livello energetico inferiore emette energia. Le variazioni di energia restano ben determinate e sono pari alla differenza di energia tra i vari livelli. L'elettrone assorbe sempre una quantità di energia quantizzata. L'emissione di energia da parte dell'elettrone determina le radiazioni che formano lo spettro di assorbimento. Così un atomo con elettroni non eccitati si dice allo stato fondamentale, un atomo con elettroni che occupino un livello energetico superiore a quello normale si dice allo stato eccitato.

Per effettuare la prova sono state preparate quattro soluzioni (di 100 ml cadauna) di permanganato di potassio a diverse concentrazioni:

1× 10-4




2× 10-4

3× 10-4

4× 10-4

nel seguente modo:

·   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p; è stata calcolata la massa molare del KMnO3 che risulta essere:

39,1 g/mol + 54,9 g/mol + 16 g/mol × 3 = 158 g/mol 

·   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p; Così se per un litro di soluzione ci sono 0,158 grammi per 100 ml (0,1 l) ci saranno 0,0158 g

Con 1,58 g si ottiene una soluzione 0,1 M. Diluendo con acqua deionizzata tramite una pipetta, togliendo prima 1ml portandolo poi a 100 ml e da quest'ultima soluzione formatasi togliendo 10 ml e portandolo a 100 ml si ottiene una soluzione 10-4 M.

·   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p; Per preparare le altre, invece, invece di togliere 10 ml sono stati tolti progressivamente 20, 30, 40 ml a formare le altre tre soluzioni a concentrazione sopra indicata.

Una volta preparate le soluzioni è stata presa come riferimento quella a concentrazione 2 × 10-4 M ed è stato rilevato il valore di ABS con lo spettrofotometro nel modo indicato.

Lo spettrofotometro lavora sul visibile (luce policromatica) e sull'ultravioletto. E' composto da una sorgente formata da una luce policromatica che , una volta resa monocromatica, passa alla cella e ad un rilevatore che trasforma questa luce nel valore di ABS.

In seguito cella è stata riempita (3 ml) di acqua deionizzata per tarare lo strumento: il valore di assorbimento doveva essere 0. La cella è stata poi riempita della soluzione di permanganato e, variando la lunghezza d'onda da 400 a 650 nm si procedeva a determinare i punti di assorbanza in relazione alle lunghezze d'onda.

Le lunghezze d'onda sono state variate nel modo seguente:

·   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p; Da 400 a 520 di 10 nm

·   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p; Da 520 a 530 di 1 nm

·   &nbs 949e41j p;   &nbs 949e41j p; Da 530 a 650 di 10 nm.

I dati raccolti sono stati predisposti in una tabella. Osservandola si nota come il valore di ABS dopo una diminuzione hanno una risalita fino al massimo valore di assorbanza per poi scendere di nuovo. Il valore massimo si ottiene a lunghezza d'onda pari a 525 nm.

Questi punti ,in  un grafico cartesiano, hanno dato origine allo spettro di assorbimento. Il valore massimo di assorbanza ha consentito poi di fare delle analisi su quel tipo di soluzione.

Dal grafico, poi, sono stati tolti alcuni punti per evidenziare maggiormente il valore massimo.

  

In seguito, identificando in ogni soluzione il massimo valore di ABS riscontrato a 525 nm di lunghezza d'onda, è stata rilevata l'assorbanza di tutte le soluzioni mantenendo costante, appunto, la lunghezza d'onda. Il grafico ottenuto risulta essere una retta. Quindi si può affermare che tra assorbanza e concentrazione c'è una relazione lineare.

E' stata così accertata tramite la prova che esiste una dipendenza tra la concentrazione e la quantità di luce come affermava la legge di Lambert e Beer. Se aumenta la concentrazione aumenta anche l'assorbanza e viceversa.







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