Коэффициенты поглощения и характерные толщины поглощающего слоя ряда веществ

Вещество	Коэффициент поглощения k (1/м)	Характерная толщина поглощающего слоя (м)	Характерная толщина слоя, измеренная в длинах волн
Вода	0,24	0,42	800 000
Стекло	0,46	0,22	500 000
Смола	1400	7·10-6	13
Графит	2000 000	5·10-8	0,11

в сотни тысяч длин волн, прежде чем его интенсивность уменьшится в е≈2,72 раза. Для непрозрачных веществ (смола, графит) коэффициент поглощения велик и заметное ослабление света наступает уже при прохождении очень тонкого слоя вещества, сопоставимого с длиной волны света.

Контрольные вопросы:

1. Две кюветы одинаковой длины L содержат поглощающие вещества с коэффициентом поглощения k₁ и k₂ = 2k₁. Кюветы стоят друг за другом, как показано на рис. 12.

Рис 12. Свет, проходящий через две кюветы, заполненные

поглощающими веществами с коэффициентами поглощения k₁ и k₂ = 2k₁

Нарисуйте, как меняется интенсивность света, идущего через эти кюветы.

2. Поглощающее вещество с коэффициентом поглощения k =1/l₀ налито в кювету длиной L = l₀/2. Как меняется интенсивность света, проходящего через эту кювету?

2. Закон Бугера—Ламберта—Бера

Вернемся к коэффициенту поглощения k для монодисперсного света. Уже сам Бугер предполагал, что величина k зависит от числа атомов, которые свет встречает на своем пути, то есть от концентрации С поглощающего вещества. В 1852 г. немецкий ученый Бер экспериментально показал, что коэффициент поглощения k пропорционален молярной концентрации поглощающего вещества

k= С

Молярный коэффициент поглощения не зависит от концентрации, является табличной величиной и имеется в справочниках для каждого вещества при данной длине волны проходящего света. Формулу

называют законом Бугера—Ламберта—Бера.

Напомним, что в химии молярную концентрацию измеряют не числом частиц, а числом молей в единице объема [С] = моль/м³. Зная концентрацию в молях на кубический метр, можно определить и концентрацию частиц (молекул), если умножить ее на число Авогадро N_A=6·10²³1/моль. В любом случае С·l — характеризует количество молекул растворенного вещества, попадающихся на пути луча света единичной площади сечения. Размерность величины С·l, очевидно, равна [С·l] = (моль/м³) м = моль/м² или просто м^-2. Поскольку произведение Сl должно быть безразмерно, то молярный коэффициент поглощения выражается в м².

Закон Бугера—Ламберта—Бера очень часто используют в практике для определения концентрации растворов. Если на пути двух одинаковых пучков монохроматического света поставить кюветы с растворами одного и того же вещества, но в различных концентрациях С₁ и С_х, то при одинаковой длине кювет можно написать

откуда следует

или

Таким образом, определение неизвестной концентрации раствора С_х сводится к сравнению интенсивности света I_х, прошедшего через кювету с исследуемым веществом С_х и интенсивности света I₁ через контрольную кювету с известной концентрацией С₁. Приборы, позволяющие определить концентрацию раствора таким методом, часто используют в лабораториях и на производстве.