Đang tải bài học…

AP Chemistry

độ hấp thụ

absorbance

Còn gọi: A

Độ hấp thụ là đại lượng đo lượng ánh sáng bị dung dịch giữ lại khi chùm sáng truyền qua nó.

Khi một chùm ánh sáng đơn sắc truyền qua dung dịch chứa chất tan có khả năng hấp thụ ánh sáng, các phân tử (molecule) chất tan sẽ giữ lại một phần năng lượng của chùm sáng. Mức độ ánh sáng bị dung dịch giữ lại được đặc trưng bởi một đại lượng không thứ nguyên gọi là độ hấp thụ. Giá trị này càng lớn thì dung dịch càng cản ánh sáng mạnh; ngược lại, dung dịch loãng hơn sẽ cho ánh sáng truyền qua nhiều hơn.

Để định lượng hóa mối liên hệ này, định luật Beer–Lambert thiết lập công thức giữa độ hấp thụ với nồng độ chất tan và bề dày lớp dung dịch mà ánh sáng đi qua. Công thức được viết như sau:

$A = \varepsilon \cdot l \cdot c$

Trong đó $\varepsilon$ là hệ số hấp thụ mol, đặc trưng cho khả năng bắt lượng tử ánh sáng của từng chất tại một bước sóng (wavelength) xác định; $l$ là chiều dài đường truyền ánh sáng qua dung dịch, thường tính bằng xentimét; và $c$ là nồng độ mol (molarity) của chất hấp thụ. Vì vậy, chỉ cần đo độ hấp thụ bằng máy quang phổ, ta có thể suy ra nồng độ chất tan mà không cần thực hiện bất kì phản ứng hóa học nào.

Trong thực tế phòng thí nghiệm, độ hấp thụ thường được đo ở bước sóng mà chất tan hấp thụ mạnh nhất nhằm tăng độ nhạy của phép đo. Mối liên hệ giữa độ hấp thụ và độ truyền qua $T$ được biểu diễn qua hệ thức $A = -\log T$ , cho thấy khi độ truyền qua giảm theo cấp số nhân thì độ hấp thụ tăng theo cấp số cộng. Do đó, một dung dịch có độ truyền qua 10 % ứng với độ hấp thụ bằng 1, còn dung dịch chỉ cho 1 % ánh sáng lọt qua sẽ có độ hấp thụ bằng 2.

Ký hiệu

A = \varepsilon l c

Đơn vịKhông thứ nguyên

Trực giác: Giống như kính râm càng tối thì cản ánh sáng mặt trời càng nhiều, dung dịch càng đậm đặc thì giữ lại càng nhiều ánh sáng truyền qua.

Công thức

A = \htmlClass{fp-0}{\varepsilon} \htmlClass{fp-1}{l} \htmlClass{fp-2}{c}

Dùng để liên hệ độ hấp thụ $A$ đo được trên máy quang phổ với nồng độ $c$ của chất tan trong dung dịch; thường gặp khi theo dõi nồng độ theo thời gian trong động học phản ứng (spectroscopic kinetic method).

Trong đó

A

Độ hấp thụ (absorbance), đại lượng không thứ nguyên

\varepsilon

Hệ số hấp thụ mol (molar absorptivity), đặc trưng cho từng chất tại một bước sóng nhất định — M^{-1} cm^{-1}

l

Chiều dài đường truyền ánh sáng qua dung dịch, thường bằng bề dày cuvet — cm

Khái niệm này sinh ra từ đâu

đại lượng: đầu thế kỷ 20 (đề xuất khoảng 1900, phổ biến từ khoảng 1910); từ "absorbance": 1945–1950Sir Alan Walsh

Đại lượng đo mức hấp thụ ánh sáng của một dung dịch xuất hiện trong quang phổ học đầu thế kỷ 20, gắn với dạng phát biểu quen thuộc ngày nay của định luật Beer (Beer's law); riêng từ "absorbance" chỉ được ghi nhận trong tiếng Anh vào khoảng 1945–1950.

Vào cuối thế kỷ 19, các nhà quang phổ học có rất nhiều cách viết khác nhau cho "định luật hấp thụ", nhưng chưa cách nào cho một con số tỉ lệ thuận gọn gàng với nồng độ. Đại lượng mà ngày nay gọi là độ hấp thụ được đề xuất khoảng năm 1900 và được dùng lại sau đó, tuy nhiên trước khoảng 1910 nó vẫn chưa phổ biến — một bộ sách tra cứu về quang phổ in năm 1903 khi bàn về các dạng định luật hấp thụ đương thời còn chưa nhắc tới nó. Nhờ đại lượng này mà quan hệ tuyến tính giữa số đo và nồng độ mới thành công cụ phân tích. Đến năm 1952, hướng ứng dụng mở rộng thêm khi phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (atomic absorption spectroscopy) được Sir Alan Walsh khai phá.

Thử nghiệm tương tác

Kéo nồng độ và bước sóng — nhìn phần truyền qua rơi theo cấp số nhân còn độ hấp thụ cộng đều từng nấc

Hay hiểu sai

Mẫu trắng phải chứa đúng dung môi của dung dịch, không phải nước cất hay cuvette rỗng.

Độ hấp thụ và độ truyền qua không tỉ lệ nghịch đơn giản với nhau.

Bước sóng đo phải là bước sóng chất hấp thụ mạnh nhất, không phải bước sóng ứng với màu ta nhìn thấy.

Trong bài động học, không cần đổi độ hấp thụ sang nồng độ mới vẽ được đồ thị.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một học sinh cần xác định nồng độ của dung dịch phẩm màu xanh chưa biết. Phổ hấp thụ cho thấy phẩm màu hấp thụ mạnh nhất ở 635 nm, còn dung môi dùng để pha dung dịch chỉ hấp thụ trong vùng tử ngoại (dưới 340 nm) và không hấp thụ trong vùng khả kiến. Dùng cuvet có bề dày 1,00 cm, học sinh đo độ hấp thụ của bốn dung dịch chuẩn ở 635 nm và thu được: 2,00×10⁻⁵ M → 0,170; 4,00×10⁻⁵ M → 0,340; 6,00×10⁻⁵ M → 0,510; 8,00×10⁻⁵ M → 0,680. Dung dịch chưa biết nồng độ, pha bằng cách lấy 25,00 mL dung dịch gốc rồi định mức thành 100,0 mL, có độ hấp thụ 0,442.

aGiải thích vì sao việc đo ở 635 nm là hợp lý, dựa trên phổ hấp thụ của dung môi và của chất tan.
bTính hệ số hấp thụ mol của phẩm màu ở 635 nm từ số liệu các dung dịch chuẩn.
cTính nồng độ của dung dịch chưa biết và nồng độ của dung dịch gốc trước khi pha loãng.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyLực liên phân tử · bài “Quang phổ học và phổ điện từ” — khoá AP Chemistry

Cần trướcđộ truyền qua (sắp có)

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

độ truyền qua (transmittance)transmittance

Khác nhau ở đâuĐộ truyền qua là tỉ lệ ánh sáng đi qua mẫu, giá trị từ 0 đến 1. Độ hấp thụ là logarit âm của độ truyền qua, tăng tuyến tính theo nồng độ.

Hay nhầm khiĐề cho độ truyền qua rồi hỏi nồng độ qua định luật Beer-Lambert — phải đổi sang độ hấp thụ trước khi dùng A = εlc.

hệ số hấp thụ (absorptivity)absorptivity

Khác nhau ở đâuHệ số hấp thụ là hằng số đặc trưng cho chất tại mỗi bước sóng, không phụ thuộc nồng độ. Độ hấp thụ thay đổi tỉ lệ thuận với nồng độ và độ dài quang trình.

Hay nhầm khiNhầm hệ số hấp thụ với độ hấp thụ khi đọc biểu thức A = εlc — ε là hằng số cố định, A thay đổi theo c và l.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 669, 713, 904.

Nồng độ mol của chất đang hấp thụ ánh sáng — M

Vì sao mang đúng cái tên này? Gốc xa của tên gọi nằm ở tiếng Latin "absorptionem", nghĩa là "sự nuốt chửng"; từ đó tiếng Anh có "absorption" từ những năm 1590 với nghĩa ban đầu chính là "nuốt trọn". Hình ảnh này rất sát với hiện tượng vật lý: chùm sáng đi vào dung dịch và bị "nuốt" bớt một phần. Điểm đáng chú ý là tiếng Anh lại tách ra hai từ khác nhau — sự hấp thụ (absorption) chỉ hiện tượng, còn dạng ghép với hậu tố "-ance" tạo ra một danh từ chỉ đại lượng đo được, và chính dạng này mới là con số ghi trong bài toán. Đuôi "-ance" vì vậy là chi tiết đắt giá: nó báo cho người đọc biết đang nói về một trị số cụ thể đọc trên máy, chứ không phải về hiện tượng chung chung.

Kéo nồng độ và bước sóng — nhìn phần truyền qua rơi theo cấp số nhân còn độ hấp thụ cộng đều từng nấc

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.

Tạo tài khoản miễn phí

Khi giải thích sai số, phải nói rõ kết quả bị cao hơn hay thấp hơn giá trị đúng.

Dùng đường chuẩn thì phải viết ra phương trình đường thẳng và thay số, đừng ước lượng bằng mắt.

Kiểm tra cuvette và pha loãng trước khi kết luận về số liệu bất thường.

Tần suất trong đề AP ChemistryHay gặp

Bước 1: Máy chỉ đo được tổng lượng ánh sáng bị hấp thụ, nên nếu dung môi cũng hấp thụ ở bước sóng đang dùng thì tín hiệu đọc được sẽ lớn hơn phần đóng góp thật của chất tan. Ở 635 nm dung môi hoàn toàn trong suốt (nó chỉ hấp thụ dưới 340 nm), trong khi phẩm màu lại hấp thụ mạnh nhất. Nhờ đó toàn bộ độ hấp thụ đo được là do chất tan gây ra, và vì tín hiệu ở cực đại nên một thay đổi nhỏ của nồng độ cũng cho thay đổi rõ rệt, phép đo ít nhạy với sai số bước sóng.

2Bước 2: Định luật Beer–Lambert liên hệ độ hấp thụ với nồng độ theo

A=\varepsilon b c

trong đó

\varepsilon

là hệ số hấp thụ mol (molar absorptivity),

b

là bề dày lớp dung dịch mà ánh sáng đi qua (path length) và

c

là nồng độ mol. Vì

A

tỉ lệ thuận với

c

, bốn điểm chuẩn phải nằm trên một đường thẳng đi qua gốc tọa độ.

3Bước 3: Hệ số góc của đường chuẩn (calibration curve) chính là tích

\varepsilon b

\frac{0{,}680-0{,}170}{(8{,}00-2{,}00)\times10^{-5}\ \mathrm{M}}=\frac{0{,}510}{6{,}00\times10^{-5}\ \mathrm{M}}=8{,}50\times10^{3}\ \mathrm{M^{-1}}

Chia cho

b=1{,}00

cm được

\varepsilon=8{,}50\times10^{3}\ \mathrm{M^{-1}cm^{-1}}

. Kiểm tra bằng một điểm khác:

8{,}50\times10^{3}\times1{,}00\times4{,}00\times10^{-5}=0{,}340

, đúng bằng giá trị đo, nên các điểm quả thật thẳng hàng.

4Bước 4: Áp dụng ngược định luật cho dung dịch chưa biết:

c=\frac{A}{\varepsilon b}=\frac{0{,}442}{8{,}50\times10^{3}\times1{,}00}=5{,}20\times10^{-5}\ \mathrm{M}

Đây là nồng độ của dung dịch đã pha loãng, tức dung dịch thực sự nằm trong cuvet chứ chưa phải dung dịch gốc.

5Bước 5: Phép pha loãng không làm thay đổi số mol chất tan, nên

M_1V_1=M_2V_2

với

V_1=25{,}00

mL và

V_2=100{,}0

mL. Suy ra

M_1=5{,}20\times10^{-5}\times\frac{100{,}0}{25{,}00}=2{,}08\times10^{-4}\ \mathrm{M}

Hệ số pha loãng bằng 4, nên nồng độ gốc phải lớn gấp bốn lần, phù hợp với kết quả tính được.

Đo ở 635 nm là hợp lý vì tại đó dung môi không hấp thụ còn phẩm màu hấp thụ cực đại, nên độ hấp thụ đọc được phản ánh đúng lượng chất tan. Đường chuẩn cho $\varepsilon=8{,}50\times10^{3}\ \mathrm{M^{-1}cm^{-1}}$ ; từ $A=0{,}442$ suy ra dung dịch trong cuvet có nồng độ $5{,}20\times10^{-5}$ M, và dung dịch gốc trước khi pha loãng bốn lần có nồng độ $2{,}08\times10^{-4}$ M.

2Ví dụ 2/2

Phẩm màu thực phẩm xanh bị nước tẩy javen oxi hóa thành sản phẩm không màu. Một học sinh trộn dung dịch phẩm màu với dung dịch

\mathrm{OCl^-}

dư gấp nhiều lần rồi theo dõi độ hấp thụ của hỗn hợp ở 635 nm bằng cuvet 1,00 cm. Kết quả: tại

t=0

A=0{,}800

;

t=30

A=0{,}600

;

t=60

A=0{,}450

;

t=90

A=0{,}338

;

t=120

A=0{,}253

aGiải thích vì sao có thể vẽ đồ thị ln(độ hấp thụ) theo thời gian mà không cần chuyển sang nồng độ.
bChứng minh phản ứng là bậc nhất theo phẩm màu và tính hằng số tốc độ.
cDự đoán độ hấp thụ tại $t=150$ s và tính thời gian để độ hấp thụ giảm còn một nửa giá trị ban đầu.

1Bước 1: Theo định luật Beer–Lambert,

A=\varepsilon b c

với

\varepsilon

và

b

không đổi trong suốt thí nghiệm, nên

A

tỉ lệ thuận với nồng độ phẩm màu. Khi lấy logarit,

\ln A=\ln c+\ln(\varepsilon b)

: hằng số

\ln(\varepsilon b)

chỉ dịch cả đồ thị lên hoặc xuống mà không đổi hệ số góc. Vì vậy đồ thị

\ln A

theo

t

và đồ thị

\ln[\text{dye}]

theo

t

có cùng độ dốc, và ta rút ra hằng số tốc độ (rate constant) trực tiếp từ số liệu độ hấp thụ.

2Bước 2: Xét tỉ số giữa hai giá trị liên tiếp cách nhau 30 s:

0{,}600/0{,}800=0{,}750

;

0{,}450/0{,}600=0{,}750

;

0{,}338/0{,}450=0{,}751

;

0{,}253/0{,}338=0{,}749

. Trong mỗi khoảng thời gian bằng nhau, đại lượng đo được giảm đi cùng một tỉ lệ chứ không phải cùng một lượng, đó chính là dấu hiệu của động học bậc nhất.

3Bước 3: Dùng phương trình tích phân bậc nhất viết cho độ hấp thụ:

\ln\frac{A_t}{A_0}=-kt

Thay

A_{120}=0{,}253

và

A_0=0{,}800

\ln(0{,}3163)=-1{,}151

, nên

k=\frac{1{,}151}{120\ \mathrm{s}}=9{,}59\times10^{-3}\ \mathrm{s^{-1}}

Vì

\mathrm{OCl^-}

được lấy dư nên nồng độ của nó gần như không đổi, do đó

k

tìm được là hằng số tốc độ bậc giả nhất (pseudo-first-order), chỉ đúng với điều kiện dư đó.

4Bước 4: Tại

t=150

s, ta chỉ cần nhân thêm một hệ số 0,750 nữa vào giá trị ở 120 s:

0{,}253\times0{,}750=0{,}190

. Kiểm tra bằng công thức:

A=0{,}800\,e^{-(9{,}59\times10^{-3})(150)}=0{,}800\times e^{-1{,}439}=0{,}800\times0{,}237=0{,}190

. Hai cách cho cùng kết quả, nên dự đoán

A\approx0{,}190

5Bước 5: Với phản ứng bậc nhất, thời gian bán phản ứng (half-life) không phụ thuộc nồng độ đầu:

t_{1/2}=\frac{0{,}693}{k}=\frac{0{,}693}{9{,}59\times10^{-3}\ \mathrm{s^{-1}}}=72{,}3\ \mathrm{s}

Số liệu ủng hộ kết quả này: độ hấp thụ 0,400 (một nửa của 0,800) rơi vào khoảng giữa 60 s và 90 s, đúng như dự đoán.

Vì độ hấp thụ tỉ lệ thuận với nồng độ phẩm màu, có thể thay $[\text{dye}]$ bằng $A$ trong phương trình động học mà không đổi hệ số góc. Độ hấp thụ giảm đi cùng tỉ lệ 0,750 sau mỗi 30 s, chứng tỏ phản ứng bậc nhất theo phẩm màu với $k=9{,}59\times10^{-3}\ \mathrm{s^{-1}}$ trong điều kiện $\mathrm{OCl^-}$ dư. Từ đó dự đoán $A\approx0{,}190$ tại 150 s và thời gian bán phản ứng khoảng 72,3 s.

định luật Beer-Lambert (sắp có)

phổ hấp thụ (sắp có)

Liên quanhệ số hấp thụ (sắp có)máy quang phổ (sắp có)

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.