Ley de Beer: Absorbancia y concentración
Introducción a la transmitancia y absorbancia de luz
Si alguna vez preparó té caliente en un vaso transparente, habrá observado que el té se oscurece cuanto más tiempo deja la bolsita de té en el agua. A medida que el té se oscurece, menos luz puede viajar a través del vidrio. En este ejemplo, la fuerza del té, o su concentración, está directamente relacionada con la cantidad de luz que viaja a través del vidrio. Cuando la luz incidente incide en una sustancia, parte de la luz se transmite a través de la sustancia y parte es absorbida por la sustancia. La luz incidente es otro término para la luz entrante. La luz incidente que incide sobre un objeto se refleja, se transmite o se absorbe. La transmitancia es la fracción de luz que atraviesa una sustancia. Absorbanciaes la medida de luz que absorbe la sustancia. La fracción de luz que se refleja normalmente es muy pequeña, por lo que ignoraremos esta fracción por simplicidad. Entonces, si el 80% de la luz se transmite a través de un líquido, el 20% de la luz es absorbida por ese líquido.
Antecedentes de la ley de Beer
La ley de Beer es una ecuación que permite a los científicos relacionar la disminución de la intensidad de la luz con la concentración de una sustancia. Antes de aprender la ecuación, primero debemos comprender los conceptos de longitud del camino celular y concentración de analito, que se utilizan en la ley de Beer.
La longitud del camino de la celda es la distancia bidimensional a través de la cual viaja la luz en la muestra. Imagina que tenemos una fuente de luz frente a un detector de luz. Si colocamos nuestro vaso de té frente a la fuente de luz, parte de la luz es absorbida por el té, por lo que llega menos luz al detector de luz. La longitud a través del té en el vaso se llama longitud de la trayectoria de la celda. Si colocamos otro vaso de té frente a la fuente de luz, incluso menos luz llega al detector de luz. En este caso, ha duplicado la longitud de la ruta de la celda, lo que disminuye la transmitancia. Este efecto explica por qué el té se verá más liviano en un vaso que en una jarra más grande, porque la jarra es más grande y la longitud del camino de la celda es mayor.
El otro concepto que debemos entender es la concentración de analitos. El analito es la sustancia que nos interesa medir en la ley de Beer y lo que absorbe la luz. La concentración en química es la cantidad de soluto en el volumen total. Si agregamos colorante para alimentos a un vaso de agua, el color se oscurecerá cuanto más colorante agregue. En este caso, estamos aumentando el soluto, lo que aumenta la concentración de colorante alimentario en el agua.
La ecuacion
La ley de Beer relaciona la atenuación de la luz con la concentración de una sustancia a lo largo de la trayectoria celular. La ecuación es A = épsilon * l * c , donde A es la absorción de luz, épsilon es la absortividad molar, l es la longitud del camino celular y c es la concentración. Absortividad molares la fuerza con la que una sustancia en particular absorberá la luz en una longitud determinada. Como puede ver en esta ecuación, la absorción de luz por una sustancia es directamente proporcional a su concentración, la longitud del camino celular y la absortividad molar conocida de la sustancia. Volviendo a nuestro ejemplo del té, si aumenta la longitud del camino de la celda agregando otro vaso frente a una luz, esto aumentará la absorción y permitirá que pase menos luz. Si aumenta la concentración de té en el agua, esto también aumentará la absorción de luz. Si sustituye una sustancia con una mayor capacidad de absorción molar, tal vez como el café, también se absorberá más luz.
Los científicos usan esta relación para medir la concentración de una sustancia. Colocarán una sustancia entre una fuente de luz y un detector de luz. La absortividad está determinada por el porcentaje de luz que se recibe en la fuente de luz. Recuerde que esta es la cantidad de luz transmitida. Si el 30% de la luz se transmite a través de la sustancia, esto significa que se absorbió el 70%. Los científicos pueden medir fácilmente la longitud del camino celular y la absortividad molar es una cantidad conocida. Esto les permite resolver fácilmente la concentración.
Resumen de la lección
En resumen, la ley de Beer relaciona la concentración de analito, la absortividad molar y la longitud del camino celular de una sustancia con la absortividad, lo que permite a los científicos utilizar la luz para comprender la concentración de analito. La mayor parte de la luz que viaja a través de una sustancia se transmite o se absorbe. La distancia que recorre la luz a través de una sustancia se conoce como longitud del camino celular y está directamente relacionada con la absortividad. Cuanto mayor sea la longitud de la trayectoria celular, mayor será la absortividad. Absortividad molares una cantidad conocida de la fuerza con la que una sustancia particular absorberá la luz. Por ejemplo, el café tiene una mayor capacidad de absorción molar que el té. Los científicos usarán estas cantidades medibles y la absortividad de la sustancia desconocida para resolver la concentración usando la ley de Beer.