ANALITIČKA KEMIJA II - SEMINAR - PMFstudent.chem.pmf.hr/~tools/simpleupload/files/uni/2_AK2... · 2006-10-05 · valni parametri A Æamplituda sinusoidnog vala Æduljina električnog

ANALITIČKA KEMIJA II ANALITIČKA KEMIJA II --SEMINARSEMINAR

UVODUVOD

SPEKTROSKOPIJA SPEKTROSKOPIJA -- osnoveosnove

šk.g. 2006/07.

UVOD UVOD –– osnovne veličineosnovne veličine

spektroskopija s povijesnog gledišta grana znanosti koja sebavila svjetlošću (tj. vidljivim zračenjem) razlučenom u komponente, valne duljine, koje tvore spektar

spektar najvažnija uloga u razvoju moderne atomske teorijeprimjena kvalitativna i kvantitativa analitička kemija

elektromagnetsko zračenje vrsta energije koja ogromnombrzinom prolazi prostorom prijenosu zračenja nije potrebnosredstvo za širenje (prenosi se i vakuumom)

dvojna priroda zračenja:klasični valni model ne može objasniti pojave povezane s apsorpcijom i emisijom energije zračenjačestični model prikladno objašnjenje u promatranjuelektromagnetskog zračenja kao struje pojedinačnih (diskretnih) čestica energije nazvanih fotonima

dvojno objašnjavanje zračenja međusobno se ne isključujekomplementarno


slika:dvodimenzionalan prikaz snopa monokromatskogzračenja polariziranog u ravnini, valne duljine λ i amplitude A – strelice prikazuju električni vektorzračenja (električno polje koje sinusoidalnooscilira u prostoru)

valna svojstva

valni parametri

A amplituda sinusoidnog vala duljina električnog vektora umaksimumu vala

p period zračenja vrijeme potrebno za prolaz uzastopnihmaksimuma ili minimuma čvrstom točkom u prostoru

ν frekvencija broj titraja polja u sekundi 1/p određena jeizvorom i ostaje nepromijenjena bez obzira na sredstvo kojimzračenje prolazi

vi brzina kojom fronta vala prolazi sredstvom ovisna o sredstvu i o frekvenciji (indeks i označava ovisnost o frekvenciji)

λi valna duljina linearna udaljenost između dva uzastopnavalna maksimuma (ili minimuma)valni broj recipročna vrijednost valne duljine izražene u

centimetrima (1/λ)


ν


brzina (m ili cm u sekundi) = umnožak frekvencije (valovi u sekundi) i valneduljine (centimetri):

vi = νλivakuum brzina gibanja zračenja neovisna o valnoj duljini i dostiže svoj maksimum (c = 2.99792x1010 cm/s) u zraku neznatno je manjaod c

c = νλ = 3.00x1010 cm/ssredstvo v < c u sredstvu koje sadrži neku tvar

međudjelovanja elektromagnetskog polja zračenja i elektrona u atomima ili u molekulama sredstva smanjenje brzine zračenja(frekvencija zračenja nepromjenjljiva i određena izvorom, valnaduljina se smanjuje pri prijelazu iz vakuuma u sredstvo koje sadrži neku tvar)

slika:prikaz promjene valne duljinepri prolazu zračenja iz zrakau staklo i iz stakla u zrak


čestična svojstva

energija elektromagnetskog zračenja elektromagnetskozračenje sastoji se od svežanja energije zvanih fotonima (ilikvantima)

foton je čestica elektromagnetskog zračenja mase nula i energije hν energija fotona ovisi o frekvenciji zračenja

E = hνh = Planckova konstanta (6.63x10-34 Js)

E = hc/λ = hcν


ELEKTROMAGNETSKI SPEKTARširoko područje valnih duljina i energija


područje zračenja koje opaža ljudsko oko vidljivi dio spektra je vrlomaleni dio cijelog spektra (380 do 780 nm)

slijed boja u vidljivom spektru: crvenanarančastažutazelenaplavaindigo-plavaljubičasta

UVOD UVOD –– 1. dodatak1. dodatak

međunarodni predmeci (prefiksi) za tvorbu decimalnih jedinica

UVOD UVOD –– 2. dodatak2. dodatak

konverzija jedinica energije

Osnovne veličine Osnovne veličine -- zadacizadaci

1. Izračunajte frekvenciju (Hz) za:a) snop X-zračenja valne duljine 2.65 Å;b) emisijsku liniju bakra pri 211.0 nm;c) lasersku liniju pri 694.3 nm;d) lasersku liniju pri 10.6 µm;e) infracrveni apsorpcijski maksimum pri 19.6 µm;f) mikrovalni snop pri 1.86 cm.

osnovna formula:

λcν =

a) λ = 2.65 Å (1 Å = 10-8 cm) ⇒

b) λ = 211.0 nm (1 nm = 10-7 cm = 10-9 m) ⇒ ν = 1.42x1015 s-1 (Hz)c) λ = 694.3 nm = 694.3x10-7 cm ⇒ ν = 4.32x1014 s-1 (Hz)d) λ = 10.6 µm (1 µm = 10-4 cm = 10-6 m) ⇒ ν = 2.83x1013 s-1 (Hz)e) λ = 19.6 µm (1 µm = 10-4 cm = 10-6 m) ⇒ ν = 1.53x1013 s-1 (Hz)f) λ = 1.86 cm ⇒ ν = 1.61x1010 s-1 (Hz)

(s-1, Hz) konstanta:c = 3x1010 cms-1 = 3x108 ms-1

1188

11010131

10652103 −

−

−×=

××

= s.cm.

cmsν


2. Izračunajte valnu duljinu (cm) za:a) frekvenciju zrakoplovnog tornja pri 118.6 MHz;b) radiovalnu frekvenciju pri 114.10 kHz;c) NMR signal pri 105 MHz;d) infracrveni apsorpcijski maksimum pri 1210 cm-1.

osnovna formula:

a) ν = 118.6 MHz (M = mega = 106) ⇒ λ = 2.53 mb) ν = 114.1 kHz (k = kilo = 103) ⇒ λ = 2629.3 m = 2.63 kmc) ν = 105 MHz (M = mega = 106) ⇒ λ = 2.86 cmd) = 1210 cm-1 ⇒ λ = 8.26x10-4 cm = 8.26 µm

ννcλ 1==

ν


3. Pretvorite sljedeće valne duljine u frekvencije: 200 nm; 250 nm; 500 nm; 1.0 µm; 2.5 µm; 3.0 µm; 10 µm; 25 µm.

osnovna formula: rješenje:λcν =

λ ν200 nm 1.5x1015 s-1

250 nm 1.2x1015 s-1

500 nm 6.0x1014 s-1

1.0 µm 3.0x1014 s-1

2.5 µm 1.2x1014 s-1

3.0 µm 1.0x1014 s-1

10 µm 3.0x1013 s-1

25 µm 1.2x1013 s-1


4. Pretvorite sljedeće valne brojeve u valne duljine: 15000 cm-1; 8750 cm-1; 6667 cm-1; 5000 cm-1; 3000 cm-1; 2500 cm-1; 2200 cm-1; 2000 cm-1; 1000 cm-1; 200 cm-1.

osnovna formula: rješenje:

, cm-1 λ, µm15000 0.678750 1.146667 1.495000 2.03000 3.332500 4.02200 4.52000 5.01000 10.0200 50.0

νλ 1=

ν


5. Instrument za mjerenje u UV, VIS i NIR području ima mogućnost radaizmeđu 185 i 3000 nm. Koje je to područje valnih brojeva i frekvencija?

osnovne formule:

rješenje:područje valnih brojeva: 54000-3333.33 cm-1

područje frekvencija: 1.62x1015-9.99x1013 s-1 (Hz)

( )cm1

λν = νc

λcν ==

( )cm1

λν =

6. Tipičan jednostavni infracrveni spektrofotometar pokriva valno područjeod 3 do 15 µm. Izrazite to područje u: valnim brojevima; hertzima.

osnovne formule:

rješenje:područje valnih brojeva: 3333.33-666.67 cm-1

područje frekvencija: 9.99x1013-2.00x1013 Hz

νcλcν ==


7. Pretpostavite da vibracije koje se odvijaju u česticama za vrijemeprocesa raspršenja postoje za trajanja perioda upadnog zračenja. Izračunajte period vidljive svjetlosti valne duljine 600 nm.

osnovne formule:rješenje:

p = 2x10-15 sekν

p 1=

λcν =

νp 1=

8. Elektromagnetsko zračenje u vakuumu ima valnu duljinu 275 nm. Odredite frekvenciju i period zračenja. Izračunajte energiju povezanu sasvakim fotonom zračenja.

osnovne formule:

rješenje:ν = 1.09x1015 s-1

p = 9.17x10-16 sekE = 7.23x10-19 J

E = hνλcν =


9. Izračunajte energiju po fotonu zračenja koje u zraku ima valnu duljinu589 nm.

osnovna formula: rješenje:E = 3.37x10-19 Jλ

chE =

10. Izračunajte područje valnih duljina (nm) koje odgovara energijskimprijelazima od 1.5 do 8.0 eV.

osnovna formula: rješenje:područje valnih duljina = 828-155 nmE

hcλ =


11. Odredite energiju (eV) molekule grijane na 5000 K.

osnovna formula: E = kT (kinetička energija)

rješenje: E = 0.430 eV

12. Energijska razlika između 3p i 3s orbitala natrija iznosi 2.107 eV. Izračunajte valnu duljinu zračenja koje će biti apsorbirano pri pobudi 3s elektrona u stanje 3p.

osnovna formula: rješenje: λ = 589 nmEhcλ =

LambertLambert--BeerovBeerov zakon zakon osnovni pojmoviosnovni pojmovi

0PPT =

P0 P

c

b

Lambert-Beerov zakon

100T%T ×=

APSORBANCIJA opisuje količinu apsorbiranogzračenja P

PlogA 0= logTA −=

TRANSMITANCIJA udio upadnog zračenja koje je otopina propustila

LAMBERT-BEEROV ZAKON odnos apsorbancije i koncentracije(duljine puta) kvantitativna analiza baždarni pravac

A = apsorbancija (bezdimenzijska veličina)b = duljina puta zrake kroz uzorak (debljina sloja uzorka, debljina

mjerne posudice), cmc = koncentracijaa = konstanta mjernog sustava apsorpcijski koeficijent,

apsorptivnost dimenzija ovisi o dimenziji c

LambertLambert--BeerovBeerov zakon zakon –– osnovni pojmoviosnovni pojmovi

otopina

otapalo0

PP

logPPlogA ==

A = abc

A = εbc

ε = molarni apsorpcijski koeficijent, molarnaapsorptivnost (L mol-1 cm-1) (starijaliteratura)

c = molarna koncentracija (mol L-1)

eksperimentalno:

LambertLambert--BeerovBeerov zakon zakon -- zadacizadaci

13. Kojim vrijednostima transmitancija (%T) odgovaraju sljedeće apsorbancije: 0.064; 0.765: 0.318?

osnovne formule:

A = -logT

%T = Tx100

A %T0.064 86.30.765 17.20.318 48.1

rješenja:

14. Izračunajte transmitanciju (%T) otopina čije su apsorbancije dvostruke odonih navedenih u prethodnom zadatku.

rješenja:A %T

0.064x2=0.128 74.50.765x2=1.530 2.950.318x2=0.636 23.1


15. Navedene transmitancijske vrijednosti pretvorite u pripadne apsorbancije: 19.4 %; 0.863; 27.2 %.

rješenja:T A

19.4 % 0.7120.863 0.064

27.2 % 0.565

16. Izračunajte apsorbancije otopina čije su transmitancije jednake polovici onihnavedenih u prethodnom zadatku.

rješenja: T A19.4/2=9.7 % 1.013

0.863/2=0.4315 0.36527.2/2=13.6 % 0.866


17. Otopina koja sadrži 4.48 ppm KMnO4 ima transmitanciju 0.309 mjerenu u kiveti debljine 1.00 cm pri 520 nm. Izračunajte molarnu apsorptivnost (molarniapsorpcijski koeficijent) otopine KMnO4.

osnovne formule: A = -logT

M(KMnO4) = 158.04

A = - log 0.309 = 0.510

L mol-1 cm-1

53

102.83158.04

104.48 −−

×=×

==Mmn

bcAa = (L mol-1 cm-1)

rješenje:

mmol/ml (mol/L)

18021102.83

0.5105- =

×=a

pretvorba ppm u mg/mL


18. Alikvotu od 2.5 ml otopine koja sadrži 3.8 ppm željeza(III) dodan je suvišakotopine KNCS. Tako pripravljena otopina razrijeđena je na 50.0 ml. Kolika jeapsorbancija pripravljene otopine pri 580 nm, ako se mjeri u kiveti debljine 2.50 cm, a molarni apsorpcijski koeficijent nastalog kompleksa iznosi 7.00x103 Lmol-1 cm-1?

osnovna formula: A = abcpretpostavka: suvišak KNCS ⇒ Fe(III) potpuno vezano u kompleks ⇒

c(Fe3+) = c(FeNCS2+)rješenje:

M(Fe) = 55.85 c = 3.8 ppm = 3.8 µg Fe/ml

c1 v1 = c2 v2 ⇒ c2 = 3.40x10-6 mol/l = konačna koncentracija Fe(III) = konačna koncentracija nastalog kompleksa

A = 7.00x103 x 2.5 x 3.40x10-6 = 0.0595

53

106.8055.85

103.8 −−

×=×

==Mmn mmol/ml ⇒ 6.80x10-5 mol/L

LambertLambert--BeerovBeerov zakon zakon -- zadacizadaci19. Prenosivim fotometrom mjernog odgovora linearnog u odnosu na zračenje, izmjerena je vrijednost od 73,6 µA za slijepu otopinu (referentna otopina) u putusvjetlosti. Zamjenom slijepe otopine uzorkom koji apsorbira, izmjereno je 24.9 µA. Izračunajte:

a) transmitanciju (% T) otopine uzorka;b) apsorbanciju otopine uzorka;c) transmitanciju koju bi imala otopina čija je koncentracija jednakatrećini one u prvobitno opisanoj otopini;d) transmitanciju koju bi imala otopina koncentracije dvostruke od one prvobitno opisane otopine.

osnovne formule: a)

c) ⇒

d) c2 = 2 c1 ⇒ A2 = 2 A1 ⇒A = 2 x 0.471 = 0.942 ⇒ %T = 11.4

A = - log T

0PPT =

0.33873.624.9

==T

31

2cc =

rješenje: ⇒ %T = 33.8

b) A = - log 0.338 ⇒ A = 0.471

31

2AA =

⇒ A = 0.471/3 = 0.157 ⇒ %T = 69.7


20. Primjenom tablično prikazanih podataka izračunajte veličine koje nedostaju, a uz pretpostavku da molekulska masa uzorka iznosi 250.

A %T a/Lmol-1 cm-1 b/cm c/M c/ppm a/cm-1ppm-1

0.416 1.40 1.25 x 10-4

1.424 0.996 0.1373.46 x 103 2.50 3.33

48.3 0.25 6.7276.3 1.10 0.0631

osnovne formule: A = - log T A = abc

rješenje:a) A = 0.416 ⇒ %T = 38.4

34 2.38x10

01.4x1.25x10.416

== −a L mol-1 cm-1

M = 250; c = 1.25x10-4 mol/l ⇒ c = 31.25 ppm (µg/ml)39.51x10

1.40x31.250.416 −==a cm-1 ppm-1

rezultati za a) b), c), d) i e) prikazani su u popunjenoj tablici (žuti kosi brojevi):


A %T a/Lmol-1cm-1 b/cm c/M c/ppm a/cm-1ppm-1

0.416 38.4 2.38x103 1.40 1.25*10-4 31.25 9.51x10-3

1.424 3.77 3.43x104 0.996 4.17x10-5 10.44 0.1370.115 76.7 3.46x103 2.50 1.33x10-5 3.33 1.38x10-2

0.316 48.3 4.70x104 0.25 2.69x10-5 6.72 0.188

0.117 76.3 1.57x104 1.10 6.76x10-6 1.69 0.0631

21. Zašto je crvena otopina crvena?

valno područje, nm boja komplementarnaboja

400-435 ljubičasta žutozelena435-480 plava žuta480-490 plavozelena narančasta490-500 zelenoplava crvena500-560 zelena purpurna560-580 žutozelena ljubičasta580-595 žuta plava595-650 narančasta plavozelena650-750 crvena zelenoplava


VIDLJIVI SPEKTAR


odgovor:

Crvena otopina apsorbira zelenu komponentu ukupnog bijelog zračenja, a propušta crvenu komponentu (komplementarne boje).

shematski prikaz apsorpcije vidljivog zračenja u crvenoj otopini

Documents

ANALITIČKA KEMIJA II - SEMINAR - PMFstudent.chem.pmf.hr/~tools/simpleupload/files/uni/2_AK2... · 2006-10-05 · valni parametri A Æamplituda sinusoidnog vala Æduljina električnog