Moin und Servus zusammen! Schaut euch mal das Teil hier an! Ist das ein Schottglas für Zwerge oder was?
Ne, mit dem coolen Teil könnt ihr die Stoffmengenkonzentration einer Lösung herausfinden. Wie? Das zeigen wir euch jetzt!
Schaut euch mal das Teil hier an! Tja, das süße Ding, was ihr gerade eben gesehen habt, ist kein Shotglas, sondern eine sogenannte Küvette. Und solche Küvetten werdet ihr in der analytischen Chemie brauchen. Und zwar braucht man das für die Photometrie. Was ist das denn schon wieder?
Nicht erschrecken Leute, das ist eigentlich nichts anderes als eine Analyse im Labor. Und zwar kann man mit Photometrie die Substanzkonzentration mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung bestimmen. Dabei wird die Intensität des Lichts vor und nach der Durchstrahlung der Substanz gemessen. Und zwar meist mit so nem, äh, Gerät, nämlich einem Spektralfotometer. Und mit Hilfe einer kleinen Formel lässt sich die Konzentration dann in 0,0 berechnen.
Wir brauchen nämlich für die Berechnung der Substanzkonzentration eine bestimmte Formel. Wie ihr es vielleicht aus dem Videotitel erfahren habt, heißt diese Formel Lambert-Bersches Gesetz. Warum es so blöd heißt? Die Formel ist nämlich eine Zusammensetzung aus zwei verschiedenen Gesetzen. Einmal dem Lambertschen Gesetz und dann dem Berschen Gesetz.
Gut, dann ziehen wir uns doch rein, was das so zu bieten hat. Also, das Lambert Gesetz, was eigentlich Bouguer-Lambertsches Gesetz heißt, beschreibt eine Schwächung der Strahlungsintensität abhängig von der Weglänge beim Durchgang durch eine absorbierende Substanz. In einfachen Worten bedeutet das, dass die Menge des absorbierten Lichts von der Länge eines Behälters abhängt, in der die absorbierende Substanz rumschwimmt.
Damit ist jetzt natürlich die Länge bzw. der Weg gemeint. den das Licht auch tatsächlich durch die Substanz darin zurücklegt. In unserem Fall wäre das die Breite der Küvette und nicht die Höhe.
Und August Bär, der lustigerweise ein deutscher Naturwissenschaftler war, ergänzte eine Kleinigkeit in der Theorie. Er stellte nämlich fest, dass die Absorption des Lichts nicht nur von der Weglänge abhängt, sondern auch von der Konzentration der absorbierenden Substanz selbst. So viel Gelaber und ich hab immer noch keine Ahnung. Wir zeigen euch anhand von 3 Reagenzgläsern, wie einfach das eigentlich ist.
Also, in Reagenzglas Nr. 1 haben wir eine Lösung mit einer bestimmten Konzentration enthalten. In Nr. 2 haben wir eine höhere Konzentration als in der ersten. Und das dritte Gefäß hat zwar dieselbe Konzentration wie Nr. 2, aber das Gefäß ist vielleicht 1cm breiter.
So, jetzt schießen wir einfach mal ein Licht durch diese Gefäße. Dabei vergleichen wir zuerst mal 1 und 2. Und zwar erkennen wir einen Unterschied in der Intensität des Lichts, das nach dem Durchqueren des Mediums scheint. Die Intensität des Lichts, das durch Nummer 2 gewandert ist, ist schwächer als bei Nummer 1. Das liegt daran, dass wir aufgrund der höheren Konzentrationen 2 mehr Teilchen haben. Das Licht bzw. die Lichtwellen treffen dabei auf mehr Teilchen beim Durchqueren.
Das heißt auch, dass mehr Licht absorbiert wird als bei 1. Deshalb sehen wir dann am Ende die schwächere Intensität des Lichts. Aber wir haben ja noch Nummer 3 im Spiel. Vergleichen wir dieses Mal 2 und 3. Denn hier liegt der Unterschied nicht in der Konzentration, sondern in der Weglänge, die das Licht beim Durchqueren zurücklegen muss. Wie werden die Intensitäten wohl hier aussehen?
Bingo! Die Intensität bei 3 wird wieder schwächer sein als bei 2. Warum fragt ihr euch? Stellt euch einfach mal eine 10 Meter und eine 100 Meter Strecke vor.
Für beide Strecken gilt, alle 10 Meter trefft ihr auf einen üblen Kerl, der euch 5 Euro abzockt. Zwei Jungs laufen ja zu jeweils eine der beiden Strecken ab, beide mit 50€ in der Hosentasche. Der Diko trifft auf seiner 10 Meter Strecke nur einen fiesen Kerl.
Deshalb hat er am Ende noch 45€. Der Wu aber trifft auf seiner 100 Meter Strecke 10 fiese Typen, die ihm immer 5€ abzocken. Wie viel hat er am Ende?
Ja, nix. So und genau diese zwei Theorien kann man jetzt zur einen Formel zusammen klatschen. Meine Damen und Herren, darf ich Ihnen vorstellen, das Lambert-Bersche Gesetz. XC 5000. Ein Traum für jedermann und jede Frau.
Genug mit den Witzen. Hallo, was hat das mit der Formel auf sich? Die Extinktion, oder auch oft optische Dichte genannt, ist ein Maß für die Schwächung des Lichts nach Durchqueren eines Mediums.
Je nach Wellenlänge des Lichts ist sie unterschiedlich stark. Deshalb ist da das Lambda am e, was dann durch die bestimmte Wellenlänge des Lichts ersetzt wird, das man für die Bestimmung benutzt. Die Extinktion lässt sich sowohl aus dem dekadischen Logarithmus vom Quotient der Lichtintensität vor. und nach der Durchquerung berechnen, als auch durch das Produkt aus dem dekadischen Extinktionskoeffizienten, der Stoffmengekonzentration und der Schichtdicke.
Der dekadische Extinktionskoeffizient ist aber eine spezifische Größe und ist für jede Substanz anders. Er gilt auch jeweils nur für eine bestimmte Wellenlänge des Lichts. Man nimmt daher den für die Wellenlänge, bei dem der untersuchte Stoff auch tatsächlich am besten absorbiert. Und man misst dann natürlich auch bei dieser Wellenlänge die Extinktion. Hier seht ihr nochmal alle Variable mit Angabe der Einheiten.
Wichtig ist noch, dass das Ganze für farbige Substanzen gilt, die eben bei einer bestimmten, für die Messung verwendeten Wellenlänge absorbieren und die gelöst sind in farblosen Lösungsmitteln, damit da nix bei der Messung stört. So nun haben wir unser Gesetz, aber was fangen wir jetzt genau damit an? Wir hatten ja zu Anfang mal gesagt, dass wir damit Konzentrationen rausfinden können. Aber wie passiert das genau?
Wir haben jetzt unseren farbigen Stoff gelöst in einem farblosen Lösungsmittel und wollen die Konzentration wissen. Nehmen wir mal an wir wissen bei welcher Wellenlänge unser Stoff am besten absorbiert. Dann stellen wir unser Spektralfotometer auf diese Wellenlänge ein.
Tun unsere gefüllte Küvette rein und messen die Extinktion. Ja genau hierfür braucht ihr dieses Ding vom Anfang jetzt. In die meisten Photometer muss man übrigens dazu noch eine Küvette mit reinem Lösungsmittel stellen, die parallel gemessen wird.
So kann das Photometer die Verfälschung durch Küvette und Lösungsmittel herausrechnen. Denn selbst wenn die farblos sind, können sie auch etwas absorbieren. Das Photometer benutzt hier dann den ersten Teil der Gleichung mit den gemessenen Intensitäten vorher und nachher zur Bestimmung der Extinktion. Wenn wir nun den Extinktionskoeffizienten für unseren Stoff für die entsprechende Wellenlänge gegeben haben, Dann können wir ganz einfach mit dem zweiten Teil der Gleichung die Konzentration ausrechnen.
Wir stellen sie einfach nach der Konzentration um, setzen alles andere ein und fertig! Aber nehmen wir mal an, wir haben den Extinktionskoeffizienten nicht gegeben, weil es ein geheimer Spezialstoff ist. Auch kein Problem, denn wir können ihn grafisch bestimmen. Dazu müssen wir von unserem Stoff eine Verdünnungsreihe anfertigen.
Das heißt, wir müssen Lösungen mit verschiedenen, uns bekannten Konzentrationen herstellen. Ja! Ja nervt ein bisschen, aber muss jetzt sein. Die messen wir dann mit unserem Photometer durch und schreiben uns die jeweilige Extinktion auf. Am besten übersichtlich in so einer Tabelle.
Und das ganze tragen wir dann als Graph auf. Die x-Achse beschriften wir mit Konzentration und die y-Achse mit Extinktion. Dann die Werte reinmalen.
Die sollten eine Gerade ergeben. Und nur der Clou, die Steigung dieser Geraden ist der Extinktionskoeffizient. Jetzt können wir entweder diesen so ermittelten Extinktionskoeffizienten nehmen und damit wie oben die Konzentration unserer unbekannten Stofflösung ausrechnen.
Oder wir gucken, was für eine Extinktion wir gemessen haben für unsere Lösung unbekannter Konzentration, da aus waagrecht rüber zu geraden, dann direkt senkrecht runter und gucken, was da für ein Wert bei Konzentration steht. Denn das sollte dann unsere unbekannte Konzentration sein. So, jetzt wisst ihr, warum die Lichtintensität stärker abnimmt, wenn Licht durch stärker konzentrierte Lösungen scheint oder einen längeren Weg durch sie zurücklegt. Und ihr wisst, wie man mit dem Lambert-Berschen-Gesetz durch Messung der Extinktion eine unbekannte Konzentration bestimmen kann. Und das sogar, wenn ihr den Extinktionskoeffizienten zuerst gar nicht kennt.
Unfassbar geil! Für diejenigen, die es noch nicht wissen, wir haben ne richtig geile eigene Lernplattform! Geht einfach auf thesimpleclub.de oder läutet euch unsere App runter!
Bis gleich!