Цветът на разтвора

Концентрация и разреждане

Концентрацията казва колко оцветител има в един литър разтвор. В симулацията всяка капка носи 0,05 mg оцветител: 4 капки в 100 mL дават 0,2 mg в 0,1 L, тоест c = 2 mg/L. Когато доливаш вода, оцветителят не изчезва: остава същото количество, но в повече вода, затова концентрацията пада. 8 капки в 200 mL имат същата концентрация като 4 капки в 100 mL – и пропускат точно толкова светлина.

Всяка капка спира една и съща част

Една капка в 100 mL пропуска 82,8 % от червената светлина. Втората капка не спира още 17,2 % от цялата светлина, а 17,2 % от останалата. Затова числата намаляват все по-бавно: 100 → 82,8 → 68,5 → 56,8 → 47,0 % … Графиката „пропусната светлина спрямо концентрацията“ е крива, която се приближава до нулата, без да я стигне. По същата причина двойната концентрация не пропуска точно половината светлина: от 68,5 % става 47,0 %, а не 34,3 %.

Дебелината е толкова важна, колкото концентрацията

Светлината среща толкова молекули оцветител, колкото е концентрацията × дебелината на слоя. Кювета от 2 cm с 2 mg/L пропуска точно колкото кювета от 1 cm с 4 mg/L: по 22,1 %. Епруветка, гледана по дължина (10 cm), е толкова тъмна, че сензорът вече не вижда светлина, а гледана отстрани пропуска около една трета.

Защо синият разтвор е син

Синият хранителен оцветител поглъща най-силно жълтата и червената светлина (около 630 nm) и пропуска синята. Синьото, което виждаш, е светлината, която разтворът пуска. При 2 mg/L и кювета от 1 cm минават 47,0 % от червената, 92,7 % от зелената и 97,8 % от синята светлина. Затова в уредите светим с цвета, който веществото поглъща най-силно.

Как се мери неизвестна концентрация

Химиците приготвят еталонни проби с известна концентрация, мерят ги и рисуват графика. После мерят неизвестната проба и четат концентрацията ѝ между два съседни еталона. По-удобно е поглъщането (в „За напреднали“): то расте право пропорционално на концентрацията – 0,164 на всеки 1 mg/L в кювета от 1 cm – и точките лягат на права през началото. Тази права се нарича калибрационна. Уредът е най-точен, когато поглъщането е между 0,2 и 0,5; при много тъмни разтвори пробата се разрежда.

За любопитните: поглъщането A = 0,164 · c · ℓ, а пропуснатата светлина е 10 на степен −A. Това е законът на Бугер–Ламберт–Бер. Той е приближение: важи добре за бистри и не много концентрирани разтвори и за светлина с един цвят.

Ако опитваш у дома или в клас

• Ползвай хранителен оцветител и чиста вода, не мастило, бои или химикали без учител.
• Оцветителят оцветява трайно дрехи, кожа и маси. Работи върху поднос или стара хартия и с ръкавици.
• Не пий разтворите от опита: съдовете и пипетите може да не са чисти.
• Не гледай право в ярка лампа или фенерче, а никога – в лазер. Свети през чашата към бял лист и гледай листа.
• Стъклените чаши и епруветки се чупят. Работи на стабилна маса, далеч от ръба.

Опитът е класически и се среща в много учебни материали. Моделът, мисиите и текстовете тук са наши.