الفرق بين النفاذية والتركيز والامتصاص
يرتبط مفهوم النفاذية مع مفهوم الامتصاصية ويختلفان في مفهوم القياس ، حيث أن الامتصاص يقوم بقياس كمية الضوء الممتَص في حالة انتقاله في أحد المواد ، بخلاف النفاذية الذي يقوم بقياس كمية الضوء المرسل ، ووفقاً لمفهوم الإثنين فهما ليسا مقدارين متكاملين بمعنى أن إضافة الامتصاصية إلى النفاذية بطريقة مباشرة لا يقوم بإعطاء الضوء الكلي الحادث ، في حالة مرور الضوء من خلال المادة تقوم الجزيئات بامتصاصه داخل المادة ، مما يترتب عليه انخفاض شدة الضوء بصورة كبيرة مع المسافة حيث أن الضوء يمر عن طريق المادة .
طريقة قياس النفاذية والامتصاص
يتم قياس النفاذية بتحليل عينة بسهولة من خلال قياس شدة الضوء المرسل والممتص، وتحديد قيمة النفاذية، ومن ثم حساب مقدار الامتصاص للعينة .
ما هي النفاذية (T)
النفاذية هي قياس كمية الضوء المارة من خلال المادة، وكلما زادت كمية الضوء المارة خلال المادة، زادت حجم النفاذية أيضًا. ويمكن تعريف النفاذية بأنها النسبة بين شدة الضوء الساقطة I وشدة الضوء المرسلة I، وبالتالي يمكننا تحديد النفاذية عن طريق هذا التعريف
T = I ÷ I، عادة يتم تمثيل هذا الكسر على شكل نسبة مئوية ويطلق عليه اسم نسبة النفاذية (T%) .
ما هو الامتصاص (A)
يعرف بأنه :
(A=log10 1/T)
يمكن تعريف الامتصاص من خلال نسبة النفاذية المئوية
(A=2-log10 T%)
ينص قانون Beer-Lambert على أن كمية الضوء الممتصة من خلال المادة تختلف تناسبيا بشكل مباشر مع مسافة انتقال الضوء داخل المادة (L) وتركيز المادة (C)، وهذا ما يمكننا من خلاله معرفة نسبة الامتصاص
A=elc
يُعد e ثابت امتصاص المولي، وهو يمثل قيمة ثابتة لمادة معينة، مع الحفاظ على ثبات درجة الحرارة وطول المسار الذي يمر به الضوء عبر المادة دون أي تغيير .
يعتبر هذا الارتباط مفيدًا للغاية، حيث يتيح لك التعرف على مستويات التركيز الغير معروفة لعمليات التحليل المحددة من خلال قياس امتصاص الضوء عن طريق العينة .
إذا كنت ترغب في قياس شدة الضوء، يمكنك السماح للضوء بالمرور من خلال مادة معينة ورسم طريقة تغيير النفاذية عن طريق تغيير تركيز المحلول، مع مراعاة الحفاظ على طول المسار الذي يسلكه الضوء دون تغيير. وبذلك، يمكننا العثور على علاقة أسية بين التركيز والنفاذية .
عندما نحسب نسبة الامتصاص المقابلة للتركيز ونعمل على رسم بياني لهذه القيم، سنجد أن النتيجة تتوافق مع قانون بير-لامبيرت وتشكل خطًا مستقيمًا على المحور الأفقي. وإذا افترضنا أن الميل الناتج عن هذا الرسم هو m ، فإننا يمكننا استخدام تعريفه في قانون بير-لامبيرت
m=el
وباحتساب e =m/l
واحتساب طول مسار الضوء L
وهكذا يمكننا أن نقوم باستخدامه حتى يتم قياس التركيزات الغير معروفة للمحاليل الخاصة بالمادة ، أيضاً مع الأخذ في الاعتبار التحفظ على درجة الحرارة وطول مسار الضوء وطول الموجة ، ومن خلال المعامل والمختبرات نستطيع أن نقوم باستعمال مقياس الطيف الضوئي للقيام بقياس مقدار امتصاص الضوء وذلك من خلال عينة محددة .
ما هو التركيز
هو مقياس مقدار مادة معينة بالنسبة إلى مادة أخرى في المزيج ، ويمكن أن نقوم بتطبيق هذا المفهوم على أنواع مختلفة من أنواع المزيج الكيميائي ، وأخياناً يتوقف هذا التعريف على المحاليل المخلوطة فقط ، وهكذا يمكننا أن نشير إلى مقدار المذاب في المذيب ، كما يوجد عدد من الصيغ الكيميائية التي يمكن أن نعبر بها عن التركيزات المختلفة مثل المولية الحجمية والنظامية والكسر المولي وغيرها من الصيخ المتنوعة .
التركيز الوزني
يمكننا أن نعرف التركيز الوزني أو تركيز الكتلة كالتالي :
(p(i)=m(i)/V liquid)
يعبر (mi) عن كمية المادة المذابة بالجرام، ويعبر (V liquid) عن كمية السائل المذيب .
تلك الصيغة يمكن أن نستخدمها في قياس مقدار تركيز مادتين فأكثر في سائل واحد ، مثل أن نقوم باحتساب تركيز الملح والسكر في الماء ، فالرمز i يمكننا أن نرمز به السكر و نقوم باحتساب تركيزه أو الملح ، أو يرمز مادة أخرى ثالثة يتم إذابتها في نفس السائل ، ونقوم باحتساب تركيزات المواد كل منها على حدة .
اختلافات ين النفاذية والامتصاص والتركيز
- كل من المصطلحين يشكل أساسًا لقضية الطيف، ويعتمد كل منهما على الآخر في إجراءات مختلفة .
- وفقًا لقانون بير لامبرت، عندما تكون النفاذية 100٪ فإن الامتصاص يكون 0٪، والعكس صحيح، عندما تكون النفاذية 0٪ فإن الامتصاص يكون 100٪ .
- يصعب قياس الامتصاص بدون استخدام الأجهزة الليزرية والتقنيات الحديثة، بينما يمكن قياس النفاذية بسهولة باستخدام الأجهزة والمعدات المتاحة .
- يكون معدل الامتصاص دائمًا منخفضًا وأقل من الواحد، بينما يكون معدل النفاذية أعلى نسبيًا وأكبر من الواحد الصحيح .
- في حالة النفاذية، يتم الاعتماد على الامتصاص، بينما في الامتصاص يتم الاعتماد على النفاذية في الحسابات .
شروط استخدام قانون بير لامبرت
- يجب فصل المادة الماصة في المحلول عن بعضها البعض ، وذلك بمعنى عدم وجود أية مواد معلقة .
- يجب توزيع وسيط الامتصاص بشكل متساوٍ عبر الحجم الكلي، ويجب تجنُّب انتشار الإشعاع .
- ينبغي أن تتكون الإشعاعات الساقطة من أشعة متوازية، ويجب أن تسافر كل منها لنفس المسافة في الوسط الماص .
- يجب أن يكون الضوء المنبعث أحادي اللون أو بعرض أضيق على الأقل من الوسط الماص .
- يجب أن لا يؤثر الضوء الساقط على الذرات أو الجزيئات إلا بالامتصاص. عند حدوث تحفيز الضوء، مثل عملية الفلورة، تتألف هذه العملية من أطوال موجية مختلفة وتؤثر على الامتصاص .
الانحراف عن قانون بير لامبرت
تعتمد القياسات الطيفية على العلاقة المتناسبة بين الامتصاص والتركيز. عندما ينحرف عن الخط المستقيم، يحدث انحراف سالب أو انحراف موجب، وكلاهما يؤدي إلى خطأ في القياسات الطيفية. هناك عدة أسباب لانحراف العلاقة المتناسبة بين التركيز والامتصاص المقترحة من قانون لامبيرت بير، ويمكن تصنيف هذه الأسباب إلى ثلاثة مجموعات
أسباب في القانون الأصلي
- هذا لأنه مناسب فقط للحلول المخففة التي يقل تركيزها عن 0.01 م لأن الجزيئات تحتوي على سحب إلكترونية تؤثر وتتأثر بالسحب الإلكترونية لجزيئات أخرى (وحتى مكونات المحلول) ، وبالتالي تحدث التشوهات في تلك الغيوم ، مما يغير طبيعة امتصاصها بالطبع ، كلما زاد تركيز المحلول ، وعندما اقتربت الجزيئات من بعضها يزداد تأثير السحب الإلكترونية مع الآخرين ، ويتغير امتصاصها تم اختبار مدى ذلك باستخدام محاليل الإلكتروليتات المركزة ، بينما تم استخدام تركيزات قليلة من المركب الممتص. وقد وجد أن تأثير السحب الإلكترونية في الأيونات يؤثر على امتصاص الجسيمات المعنية ، مما يجعل العلاقة بين التركيز والامتصاص غير خطي .
- عند اشتقاق القانون يتم استخدام معامل امتصاص مستمر ، ويعتمد على معامل الانكسار وكما هو معروف ، يعتمد معامل الانكسار على التركيز ، أي أنه يعتمد على التركيز والتغييرات من خلال تغيره ، أي أنها ليست ثابتة ولكن لحسن الحظ ، يتم إصلاحها عند التخفيف ، لذلك لا يتغير مؤشر الانكسار تقريبًا عند تركيزات منخفضة. ومن المعروف أيضًا أن مؤشر الانكسار يعتمد على الطول الموجي أيضًا بما أن القانون يطبق في الطول الموجي الثابت ، فإن مؤشر الانكسار لا يتغير .
الانحراف بسبب الأس الهيدروجيني
تتأثر بعض المركبات بتركيزها، حيث يعطي ثنائي كلوريد الكوبالت CoCl2 لونًا ورديًا في المحلول بسبب تكوين المركب الأيوني (Co (H2O)) 2+، أي عندما يكون تركيزه في الحالة المخففة، ولكن عندما يزيد التركيز يحدث انحرافًا بسبب التعقيد .
الانحراف بسبب التركيز
تعود هذه الانحرافات إلى وجود عيوب أو أعطال في الجهاز نتيجة التصنيع أو الاستخدام، وعادةً ما يتم تصنيع الماكينة وفقًا لمواصفات محددة لتقليل الأخطاء .