Примеры решения задач. Какая часть светового потока поглощается раствором, оптическая плотность которого

Пример 1.

Какая часть светового потока поглощается раствором, оптическая плотность которого равна 2?

Решение:

Оптическая плотность вычисляется по формуле:

I₀ 1

D = lg ¾ = lg ¾,

I_t Т

где I_t – интенсивность светового потока, прошедшего через раствор, I₀ – интенсивность падающего светового потока, Т – оптическое пропускание раствора.

Подставляем данные по условию задачи: lg (1/Т) = 2; (1/Т) = 10 ², отсюда Т = 10 ^{– 2} = 0,01. Поглощение образца находится как: А = 1 – Т = 0,99.

Таким образом, раствором поглощается 99% падающего светового потока.

Пример 2.

На кювету с раствором, имеющим оптическую плотность равную 3, падает 10²⁰ квантов света. Сколько квантов света проходит сквозь кювету без поглощения?

Решение:

По определению, оптическая плотность есть:

D = lg (I₀ / I_t) = lg (1/Т),

где I_t – интенсивность светового потока, прошедшего через раствор, I₀ – интенсивность падающего светового потока, Т – оптическое пропускание раствора.

Подставляем данные по условию задачи: D = lg (1/Т) = 3, отсюда 1/Т = 1000, а Т = 0,001.

Следовательно, раствор будет пропускать одну тысячную часть светового потока, это в данном случае соответствует 0,001 × 10²⁰ = 10¹⁷ квантов света.

Пример 3.

На первой стадии фотохимической реакции молекулы поглощают кванты актиничного излучения с длиной волны 355 нм. Как изменится энергия этих молекул?

Решение:

Согласно второму закону фотохимии, одной молекулой вещества поглощается только один квант света, следовательно, на первой стадии фотохимической реакции энергия поглощаемого кванта актиничного излучения полностью сообщается молекуле, которая становится при этом возбужденной частицей.

Энергия кванта света, необходимого для фотохимического превращения, рассчитывается по уравнению Планка: Е_кв = hc / l, где h – постоянная Планка, с – скорость света, l - длина волны излучения.

Подставляя данные в уравнение Планка, получаем:

3 × 10 ⁸ м/c × 6,63 × 10 ^{– 34} Дж×с

Е_кв = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 5,9 × 10 ^{– 19} Дж.

335 × 10 ^{– 9} м

Таким образом, на первой стадии фотохимической реакции молекула, поглотив квант света, увеличит свою энергию именно на эту величину

5,9 × 10 ^{– 19} Дж, что составляет: 5,9 × 10 ^{– 19}/ 1,6 × 10^{– 19} = 3,7эВ.

Пример 4.

В результате реакции между озоном и оксидом азота (II) образовалось 3,2 г оксида азота (IV) - NO₂. Рассчитайте квантовый выход реакции, если при этом поглотилось 3,7·10²² квантов света.

Решение:

Квантовый выход реакции (g) можно рассчитать по следующей формуле:

g = N _прод./ N _кв. ,

где N_прод. – число молекул продукта реакции; N_кв. - число поглощенных квантов.

Число молекул продуктов реакции можно найти, зная количество образовавшегося вещества n: N _прод. = N_A×n, где N_A –число Авогадро. Количество вещества может быть рассчитано по следующей формуле: n = m / М, где m – масса полученного оксида азота (IV), М – его молярная масса (46 г/моль). Объединяя две последние формулы, получаем следующее выражение:

N _прод. = m × N_A / M.

Подставляем в него данные по условию задачи:

3,2 г × 6,02× 10²³ 1/моль

N _прод. = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 4,9 × 10²².

46 г/моль

Число молекул продуктов реакции подставляем в формулу для определения квантового выхода реакции:

4,9 × 10²²

g = ¾¾¾¾ = 1,13.

3,7·10²²

Пример 5.

Рассчитайте энергию кванта света (Дж) актиничного излучения с длиной волны 310 нм, вызывающего фотопревращение этана в этилен: С₂Н₆ + hn → С₂Н₄ + H₂.

Решение:

Энергия кванта света, необходимого для фотохимического превращения, рассчитывается по уравнению Планка:

Е_кв = hc / l,

где h – постоянная Планка, с – скорость света, l - длина волны излучения.

Подставляя данные в уравнение Планка, получаем:

3 × 10 ⁸ м/c × 6,63 × 10 ^{– 34} Дж×с

Е_кв = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 6,4 × 10 ^{– 19} Дж.

310 × 10 ^{– 9} м

Дата добавления: 2015-07-25