Τι είναι ο νόμος της μπύρας;

Ο νόμος της μπύρας δηλώνει ότι η απορρόφηση φωτός ενός διαλύματος είναι ευθέως ανάλογη με τη συγκέντρωση των ειδών που εξασθενούν και το μήκος της οπτικής διαδρομής.

Για να μην απογοητεύσω εσάς τους αναγνώστες, αλλά ο νόμος της μπύρας δεν έχει καμία σχέση με το ποτό σας το Σάββατο το βράδυ. Στην πραγματικότητα σχετίζεται με τη μείωση της έντασης του φωτός καθώς διέρχεται από ένα διάλυμα, όπως η μπύρα.

Είναι μια κοινή παρατήρηση ότι όταν κατευθύνουμε μια δέσμη φωτός μέσα από ένα διάλυμα, η έντασή του εξασθενεί. Για παράδειγμα, ως παιδιά, όταν κατευθύναμε τα φώτα λέιζερ ή τους φακούς μας μέσα από ένα ποτήρι γάλα ή χυμό, δεν μπορούσαμε να δούμε καθόλου φως να αναδύεται στην άλλη πλευρά του ποτηριού. Ένα άλλο φυσικά παρατηρούμενο παράδειγμα αυτού είναι η μετάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας (φωτός) μέσω της ατμόσφαιρας. Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τον ήλιο εξασθενεί καθώς διέρχεται από την ατμόσφαιρα της Γης, κάτι που είναι καλά νέα για εμάς!

Η ένταση της ακτινοβολίας μειώνεται επειδή τα σωματίδια του διαλύματος απορροφούν μέρος της, αφήνοντας μόνο ένα μέρος να περάσει. Ο νόμος της μπύρας δημιουργεί μια σχέση μεταξύ της απορρόφησης φωτός ενός διαλύματος και των ιδιοτήτων του.

Τα σωματίδια του διαλύματος απορροφούν μέρος του προσπίπτοντος φωτός και επιτρέπουν μόνο σε ορισμένα μέρη να περάσουν.

Ιστορία του νόμου της μπύρας

Ο νόμος μπορεί να έχει «Μπύρα» στο όνομά του, αλλά στην πραγματικότητα ήταν το κόκκινο κρασί που οδήγησε τον Pierre Bouguer να ανακαλύψει ένα βασικό μέρος αυτού του νόμου. Ο Pierre Bouguer, ένας Γάλλος μαθηματικός, έπινε κόκκινο κρασί το 1729 στις διακοπές του στο Alentejo της Πορτογαλίας όταν βρήκε το μισό του νόμου της μπύρας. Ωστόσο, ο Johann Heinrich Lambert πιστώνεται συχνά για την πλήρη ανακάλυψη, παρόλο που ήταν μόνο αυτός που την παρέθεσε από το «Essai d’optique sur la gradation de la lumière» του Bouguer.

Ο Lambert, στο βιβλίο του Photometria, δήλωσε ότι η απορρόφηση φωτός ενός δείγματος είναι ευθέως ανάλογη με το μήκος ή το πάχος του δείγματος (διάλυμα) από το οποίο περνά το φως. Περισσότερα από 120 χρόνια αργότερα, το 1852, ο August Beer βρήκε μια άλλη σχέση για τη μείωση της έντασης του φωτός. Δήλωσε ότι «η ποσότητα του φωτός που απορροφάται από ένα διάλυμα ή η απορρόφηση ενός διαλύματος είναι ευθέως ανάλογη με τη συγκέντρωσή του».

Ο νόμος του Beer Lambert και ο τύπος του

Ο νόμος της μπύρας είναι απλώς η σχέση μεταξύ της απορρόφησης και της συγκέντρωσης ενός διαλύματος. Οι δύο νόμοι, ο νόμος του Beer και ο νόμος του Lambert, συνδυάζονται για να δώσουν μια κοινή σχέση μεταξύ της απορρόφησης ενός διαλύματος στη συγκέντρωσή του και του μήκους διαδρομής (πάχος του δείγματος). Ο νόμος λοιπόν ονομάζεται νόμος Beer-Lambert, νόμος Lambert-Beer ή νόμος Beer-Lambert-Bouguer. Ωστόσο, για λόγους απλότητας, συχνά ονομάζεται απλώς νόμος της μπύρας.

Ο νόμος Beer-Lambert αναφέρει:Η απορρόφηση ενός διαλύματος είναι ευθέως ανάλογη με το μήκος διαδρομής του δείγματος και τη συγκέντρωση των ειδών εξασθένησης στο διάλυμα .

(Σημείωση: Εξασθένιση είναι ο επιστημονικός όρος για τη σταδιακή απώλεια στην ένταση ροής κατά τη διέλευση από ένα μέσο.)

Με πιο απλά λόγια, καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση και το μήκος διαδρομής του διαλύματος, αυξάνεται και η απορρόφηση του προσπίπτοντος φωτός.

Ο νόμος εκφράζεται μαθηματικά ως:

A ∝ l c

Εδώ, το A είναι η απορρόφηση της ουσίας, το l είναι το μήκος διαδρομής και το c αντιπροσωπεύει τη συγκέντρωση των εξασθενητικών ειδών στο διάλυμα.

Με την αφαίρεση του πρόσημου της αναλογικότητας, εισάγεται στην εξίσωση ένας σταθερός όρος που ονομάζεται σταθερά γραμμομοριακής εξασθένησης ή απορροφητικότητα.

Η απορροφητικότητα ορίζεται ως ο βαθμός στον οποίο κάτι (χημικό είδος) απορροφά ενέργεια (ακτινοβολία) και αναπαρίσταται χρησιμοποιώντας το ελληνικό γράμμα ε.

Ο νόμος της Beer Lambert όσον αφορά τη μετάδοση

Μια δέσμη φωτός που κατευθύνεται μέσω ενός διαλύματος μπορεί να υποστεί αρκετά οπτικά φαινόμενα. Αυτές περιλαμβάνουν την ανάκλαση, τη διάθλαση, τη σκέδαση, την παρεμβολή και την απορρόφηση - ή το φως θα μπορούσε απλώς να μεταδοθεί χωρίς να αλλάξει καθόλου. Ωστόσο, πολύ πιο συχνά, η ένταση του φωτός μειώνεται όταν περνά από κάτι. Ας υποθέσουμε ότι η ένταση της προσπίπτουσας δέσμης είναι I0 και η ένταση καθώς αναδύεται από την άλλη πλευρά ως I. Η μείωση της έντασης του φωτός δίνεται στη συνέχεια ως:

ΔI =I0 – I

Εδώ, ΔI είναι η μείωση της έντασης του φωτός.

Η ένταση του φωτός μειώνεται από I0 σε I καθώς διέρχεται από διάλυμα συγκέντρωσης c και μήκους/πάχους l. (Φωτογραφία:petrroudny43/ Shutterstock)

Για χάρη του νόμου του Beer, ας υποθέσουμε ότι το φως υφίσταται μόνο απορρόφηση και κανένα από τα άλλα οπτικά συμβάντα. Η τιμή του ΔI ισούται τότε με την ποσότητα φωτός που απορροφάται από το διάλυμα (ΔI =απορροφώ). Στην πραγματικότητα, η ποσότητα του φωτός που απορροφάται υπολογίζεται περνώντας το φως μέσα από δύο διαφορετικά διαλύματα—ένα που περιλαμβάνει μόνο τον διαλύτη και ένα άλλο με τη διαλυμένη ουσία (είδος εξασθένησης) διαλυμένη σε αυτό.

Οι τιμές των I και I0 μας βοηθούν να βρούμε έναν άλλο σημαντικό όρο που ονομάζεται διαπερατότητα. Ορίζουμε τη διαπερατότητα ως την ποσότητα φωτός που μεταδίδεται (I) από ένα αντικείμενο σε σύγκριση με την ποσότητα φωτός που προσπίπτει σε αυτό (I0). Μαθηματικά, η διαπερατότητα (T) εκφράζεται ως:

Από την άλλη πλευρά, η απορρόφηση (A) ενός αντικειμένου ορίζεται ως το ημερολόγιο του λόγου της έντασης του προσπίπτοντος φωτός (I0) προς το εκπεμπόμενο φως (I). Δίνεται ως:

Συνδυάζοντας τις εξισώσεις απορρόφησης και διαπερατότητας, έχουμε:

Έτσι, η απορρόφηση ενός είδους είναι ίση με το αρνητικό log της διαπερατότητάς του (A =-log T). Ο νόμος Beer-Lambert μπορεί να εκφραστεί με όρους μετάδοσης ως:

Η δήλωση που εξηγεί τον νόμο του Beer μπορεί επίσης να τροποποιηθεί ως εξής:«η ποσότητα του φωτός που μεταδίδεται μέσω ενός διαλύματος παραμένει σταθερή εάν το γινόμενο της συγκέντρωσης και του μήκους διαδρομής παραμένουν σταθερά».

Οι εξισώσεις A=εlc και T=10-εlc είναι εφαρμόσιμες όταν η λύση έχει μόνο ένα εξασθενητικό είδος εντός της. Ένας πιο γενικευμένος τύπος για το Ν, τον αριθμό των εξασθενητικών ειδών στο διάλυμα, δίνεται ως:

Συμπέρασμα

Ο νόμος του Beer βρίσκει εφαρμογές κυρίως στον τομέα της φασματοφωτομετρίας και στη μελέτη της οπτικής κυμάτων. Η φασματοφωτομετρία περιλαμβάνει τη διέλευση μιας δέσμης υπεριώδους ή υπέρυθρου φωτός γνωστού μήκους κύματος μέσω ενός διαλύματος. Η ποσότητα του φωτός που απορροφάται και μεταδίδεται από το διάλυμα στη συνέχεια μετράται χρησιμοποιώντας ένα όργανο που ονομάζεται φασματόμετρο ή χρωματόμετρο. Η φασματοφωτομετρία βρίσκει σημασία στη δοκιμή βιοχημικών ενώσεων, καθώς τα δείγματα είναι διαθέσιμα σε περιορισμένες ποσότητες, επομένως η χρήση μη καταστροφικών τεχνικών καθίσταται επιτακτική.

Ωστόσο, ο νόμος της μπύρας λειτουργεί μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Οι συνθήκες στις οποίες δεν τηρείται ο νόμος του Beer περιλαμβάνουν:όταν η προσπίπτουσα ακτινοβολία δεν είναι μονόχρωμη (μονό μήκος κύματος), όταν κάθε προσπίπτουσα ακτινοβολία δεν διασχίζει το ίδιο οπτικό μήκος και στην περίπτωση διαλυμάτων υψηλότερης συγκέντρωσης.

Ισχύει ο νόμος της μπύρας για την μπύρα; Λοιπόν, τώρα που ξέρετε τα πάντα για το νόμο, γιατί να μην το μάθετε μόνοι σας την επόμενη φορά που θα βγείτε με τους φίλους σας για μερικά σαββατοκύριακα;