Name: how dyes absorb visible light
Uploaded: 2020-03-26T07:22:29.000Z
Duration: 4 min 55 s
Channel: JoVE

عندما يصل الضوء إلى مادة ما ، يتم امتصاص جزء منها ، بينما ينعكس الباقي أو ينتقل من خلالها. يعتمد لون المادة ، كما ندركها ، على الأطوال الموجية التي من المرجح أن تنعكسها. على سبيل المثال ، تحتوي قطعة من القماش التي نراها باللون الأزرق على صبغة تعكس الضوء الأزرق بقوة وتمتص الضوء البرتقالي والأحمر بقوة.
عادة ما تكون الأصباغ مركبات مترافقة ، مما يعني أن لها روابط مزدوجة ومفردة بالتناوب. يمكن للإلكترونات أن تتحرك بحرية داخل النظام المترافق. يجب أن تختلف الأصباغ ذات الألوان المختلفة في الأطوال الموجية للضوء التي تمتصها. عندما ننظر إلى بعض الأمثلة، نلاحظ أن الطول الموجي الممتص يزداد مع مقدار الاقتران.
إذن ، كيف يرتبط الطول الموجي بدرجة الاقتران؟ دعونا نفكر في مستويات الطاقة الجزيئية. يمكننا التفكير في الإلكترونات غير المتمركزة على أنها تحتل مدارات جزيئية ، أو MOs. يمتص الجزيء الضوء بالطاقة الدقيقة اللازمة لإثارة الإلكترون إلى مدار جزيئي عالي الطاقة. يكون الانتقال الأكثر احتمالا من أعلى مدار جزيئي مشغول ، يسمى HO ، إلى أدنى مدار جزيئي غير مشغول ، أو LUMO. لذلك ، نتوقع أن يتطابق الطول الموجي الأكثر امتصاصا مع فجوة الطاقة HOMO - LOMO.
عادة ما تحتوي الجزيئات ذات الاقتران القليل أو المعدوم على فجوة كبيرة في HOMO - LOMO. تمتص الأشعة فوق البنفسجية وتعكس كل الضوء المرئي ، بحيث تبدو بيضاء أو عديمة اللون. تعمل الروابط المترافقة على استقرار الجزيئات عن طريق خفض مستويات الطاقة الخاصة بها ، خاصة في الطاقات العالية. كلما زادت درجة الاقتران ، كانت فجوة HOMO - LUMO أصغر وزاد الطول الموجي الممتص. تؤثر المعادن والبدائل أيضا على الفجوة.
دعونا نلقي نظرة على مثال. يحتوي الريتينول على نظام مترافق صغير ، بينما يحتوي الكلوروفيل أ على نظام كبير يحتوي على النيتروجين والمغنيسيوم. يمتص الريتينول عند 325 نانومتر ، بينما يمتص الكلوروفيل أ عند 430 و 662 نانومتر. كما هو متوقع ، فإن فجوة طاقة الريتينول أكبر.
يمكننا دراسة الامتصاص باستخدام الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي ، أو مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية. يتكون مقياس الطيف الضوئي من مصدر ضوء ، وطريقة للتحكم في الأطوال الموجية التي تتلقاها العينة ، وكاشف الضوء. عادة ما تكون العينة حلا شفافا. يمكن قياس الامتصاص بطول موجي معين أو قياسه على نطاق طول موجي لأن المركبات غالبا ما تمتص أكثر من طول موجي واحد. بالإضافة إلى ذلك ، نرى مجموعة من الأطوال الموجية لكل انتقال لأن الجزيئات في اتجاهات وحالات اهتزازية مختلفة.
أثناء القياس ، يتم امتصاص الضوء ، أو المرور دون ملامسة أي جزيئات ، أو يرتد عن مذيب أو جزيء مركب. نتجاهل كمية الضوء الصغيرة التي ترتد للخلف. في بعض الأحيان ، يرتد الضوء الذي يمكن أن يمتصه الجزيء عنه بدلا من ذلك. نصف مدى جودة نقل المادة لطول موجي معين بمعامل توهين مولي فريد. بينما يتغير الامتصاص مع التركيز ، فإن معامل التوهين المولي لا يتغير.
بعد القياس ، يقارن مقياس الطيف الضوئي الضوء المستقبل والضوء الأصلي بنسبة تسمى النفاذية. الامتصاص هو الأساس السالب 10 لوغاريتم النفاذية. إذا كان مقياس الطيف الضوئي يحتوي على امتصاص المذيب ، فإنه يطرحه لإظهار المركب فقط. عادة ما يتم عرض النتائج على أنها امتصاص مقابل طول موجي. يسمى الطول الموجي الذي يمتص فيه المركب أكثر من غيره اسم لامدا ماكس. إذا قمنا بحساب معامل التوهين المولي لكل طول موجي ، فسيكون الأعلى عند lambda max.
يرتبط معامل التوهين المولي ، والامتصاص ، وتركيز العينة ، وطول المسار ، وهي المسافة التي قطعها الضوء عبر العينة ، بقانون بير لامبرت. إذا عرفنا ثلاثة متغيرات ، فيمكننا حساب الرابعة.
في هذا المختبر ، ستقوم بتحليل خصائص امتصاص الفلورسين وبيتا كاروتين وصبغة النيلي باستخدام مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية. ستستخدم بعد ذلك قانون Beer-Lambert لإنشاء منحنى معايرة β كاروتين ثم تحديد تركيز محلول β كاروتين.

التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية للأصباغ

الامتصاص
عندما يتفاعل الضوء مع مادة ما ، يتم امتصاص جزء من الضوء بينما ينعكس الباقي أو ينتقل من خلاله. المواد التي نعتبرها ذات لون تعكس الضوء في النطاق المرئي. يعتمد لون المادة التي يمكننا رؤيتها على الطول الموجي للضوء المنعكس. مادة نراها على أنها زرقاء تعكس الضوء في النطاق الأزرق (430-480 نانومتر) من الطيف المرئي. وفقا لعجلة الألوان ، تمتص نفس المادة الضوء المكمل للضوء المنعكس. لذلك ، فإن المادة الزرقاء تمتص الضوء في المنطقة البرتقالية (590 - 630 نانومتر) من الطيف المرئي. لا تمتص جميع المركبات في المنطقة المرئية ، ونتيجة لذلك ، تظهر عديمة اللون للعين البشرية. 
يتم تعريف الضوء من خلال طاقته ، E ، وطوله الموجي ، λ. هنا h هو ثابت بلانك، و c هي سرعة الضوء. 
<img src="/CDNSource/lm/labs/70/70_Concepts_1.jpg" alt="معادلة الطاقة \(E = \frac {hc} {\lambda}\) ، الصيغة ، الطول الموجي ، حساب طاقة الفوتون" data-altupdatedat="1754907201000" data-alt="Energy-wavelength relation formula \(E = \frac{hc}{\lambda}\), physics equation.">
يتناسب الطول الموجي للضوء عكسيا مع طاقته. لذلك ، فإن ضوء الطاقة الأعلى له طول موجي أقصر. 
<h4>الأصباغ</h4>
تختلف الأصباغ الملونة المختلفة في الطول الموجي للضوء الذي تمتصه. معظم الأصباغ عبارة عن مركبات مترافقة ذات روابط مزدوجة ومفردة بالتناوب وعادة ما تمتص الضوء في المنطقة المرئية. 
يمكن أن يكون الجزء المترافق من جزيء الصبغة قصيرا جدا ، مما يعني أن هناك درجة منخفضة من الاقتران وعدد قليل من الروابط المزدوجة والمفردة المتناوبة ، أو طويلة ، مما يعني أن هناك درجة عالية من الاقتران مع العديد من الروابط المزدوجة والمفردة بالتناوب. لا يجب أن تكون هذه الروابط المزدوجة المتناوبة بالضرورة بين كربونين فقط. يمكن أن تشمل هذه الروابط المترافقة مجموعات الكربونيل والروابط المزدوجة بين الكربون والأكسجين. تحدد درجة الاقتران الطول الموجي للضوء الذي يمتصه المركب. على سبيل المثال ، تمتص المركبات ذات الدرجة العالية من الاقتران طولا موجيا أطول من المركبات ذات درجة الاقتران الأقل. 
استنادا إلى النظرية المدارية الجزيئية ، تحتل الإلكترونات غير المتمركزة المدارات الجزيئية. أعلى مدار جزيئي مشغول ، أو HOMO ، هو أعلى مدار طاقة مع إلكترون. المدار الجزيئي الأدنى غير المأهول ، أو LUMO ، هو أقل مدار طاقة بدون إلكترون. عادة ما تحتوي الجزيئات ذات الاقتران القليل أو المعدوم على فجوة كبيرة في الطاقة بين HOMO و LUMO. ومع ذلك ، فإن الجزيئات المترافقة لها فجوة طاقة أصغر بين HOMO و LUMO. 
لإثارة الإلكترون من مستوى طاقة أقل إلى مستوى طاقة أعلى ، أو من HOMO إلى LUMO ، يجب أن يمتص الجزيء الضوء بطاقة تساوي فجوة الطاقة بين المدارين. لهذا السبب ، تتطلب الجزيئات ذات الفجوة الكبيرة في الطاقة ضوءا عالي الطاقة ، مثل ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، لإثارة الإلكترون. ومع ذلك ، تحتوي الأصباغ على فجوة طاقة أصغر وتتطلب ضوءا أقل طاقة ، مثل الضوء المرئي ، لإثارة الإلكترون. 
<img src="/CDNSource/lm/labs/70/70_Concepts_2.jpg" alt="معادلة فجوة الطاقة ΔE (HOMO-LUMO) = hc / λ ؛ التحليل الطيفي الجزيئي ، كيمياء الكم." data-altupdatedat="1754907201000" data-alt="Transition energy formula ΔE(HOMO-LUMO)=hc/λ, depicting molecular orbital energy gap.">
لهذا السبب ، تتطلب الجزيئات ذات الفجوة الكبيرة في الطاقة ضوءا عالي الطاقة ، مثل ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، لإثارة الإلكترون. ومع ذلك ، تحتوي الأصباغ على فجوة طاقة أصغر وتتطلب ضوءا أقل طاقة ، مثل الضوء المرئي ، لإثارة الإلكترون. 
تذكر أن طاقة الضوء تتناسب عكسيا مع الطول الموجي. لذلك ، فإن الضوء عالي الطاقة له أطوال موجية أقصر من ضوء الطاقة المنخفض الذي له أطوال موجية أطول. 
<h4>مقياس الطيف الضوئي</h4>
من الناحية التجريبية ، يتم قياس امتصاص الضوء باستخدام مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية المرئية (UV-Vis). تستخدم هذه الأداة مصدر ضوء يتم تحويله بواسطة أحادي اللون إلى أطوال موجية محددة من الضوء تمر عبر عينة إلى كاشف في الطرف الآخر. يجب أن تكون العينات في سائل ، لذلك يلزم وجود مذيب إذا كان المركب العضوي صلبا. يتم الاحتفاظ بهذا المحلول في حامل عينة يعرف باسم الكوفيت. اعتمادا على العينة ، قد تكون الكوفيت مصنوعة من كريستال الكوارتز أو الزجاج أو البلاستيك ، ولها طول مسار معين. طول المسار هذا هو المسافة التي يجب أن يقطعها الضوء عبر العينة. نظرا لأن المذيب سوف يمتص الضوء أيضا ، يلزم وجود عينة فارغة من المذيب وحده. لذلك ، عندما تلتقط الأداة طيف الامتصاص لمركب العينة ، يمكنها طرح طيف الخلفية للمذيب لعرض الامتصاص الناجم عن العينة فقط. النفاذية ، T ، هي جزء من الضوء الأصلي الذي يمر عبر العينة. 
<img src="/CDNSource/lm/labs/70/70_Concepts_3.jpg" alt="صيغة معادلة النفاذية T = P / P ₀ ، مفتاح في التحليل الطيفي والدراسات البصرية." data-altupdatedat="1754907201000" data-alt="Transmission ratio formula, \( T = \frac{P}{P_0} \); equation for optical analysis studies.">
هنا ، P0 هو الإشعاع ، أو الطاقة في الثانية لكل وحدة مساحة ، لشعاع الضوء قبل ضرب العينة. P هو إشعاع شعاع الضوء الذي يضرب الكاشف. عادة ما يكون P أقل من P 0 ، حيث تمتص العينة بعض الضوء. 
يعرف الامتصاص ، A ، بأنه السجل السلبي للنفاذية. 
<img src="/CDNSource/lm/labs/70/70_Concepts_4.jpg" alt="صيغة الامتصاص: A = log (P₀ / P) = -logT ؛ المبادئ البصرية في تحليل التحليل الطيفي." data-altupdatedat="1754907201000" data-alt="Absorbance equation A=log(P₀/P)=-logT for optical analysis, diagram, spectroscopy concept.">
يتراوح الامتصاص بين 0 (بدون امتصاص) و 2 (امتصاص 99٪). عندما لا يتم امتصاص الضوء ، فإن P0 يساوي P ، والنفاذية تساوي واحدا. وبالتالي ، فإن الامتصاص يساوي صفرا. إذا تم امتصاص 90٪ من الضوء ، إرسال 10٪ و T يساوي 0.1. ينتج عن هذا امتصاص يساوي 1. إذا تم امتصاص 99٪ من الضوء ، نقل 1٪ (T = 0.01) ، ويكون الامتصاص مساويا ل 2. 
الطيف الذي تم الحصول عليه هو مخطط للامتصاص مقابل الطول الموجي. بالنسبة لمقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية ، يتراوح هذا النطاق بين 200 و 800 نانومتر. 
<h4>قانون بير لامبرت</h4>
يرتبط نفاذية وامتصاص مركب معين بتركيز المركب في المحلول. تم وصف هذه العلاقة من قبل قانون Beer-Lambert. 
<img src="/CDNSource/lm/labs/70/70_Concepts_5.jpg" alt="معادلة قانون بير لامبرت ؛ أ = εcl ؛ رسم تخطيطي للامتصاص في التحليل الطيفي. دراسة بصرية." data-altupdatedat="1754907201000" data-alt="Beer-Lambert law equation, A=εcl, absorption measurement, optical spectroscopy concept.">
امتصاص العينة يساوي ناتج تركيز المركب وطول المسار ومعامل التوهين المولاري. هذا المعامل فريد لكل مركب وسيختلف حسب الطول الموجي. ومع ذلك ، إذا ظل الطول الموجي ثابتا ، فسيكون معامل التوهين المولي هو نفسه بغض النظر عن التغيرات في التركيز. الطول الموجي الذي يتوافق مع أعلى امتصاص للعينة ، والمعروف باسم λ max ، سيكون له أيضا أكبر معامل توهين مولاري. 
<h4>المراجع</h4>
<ol>
	<li style="font-size:17px">سيلبربيرج ، MS (2012). الكيمياء: الطبيعة الجزيئية للمادة والتغيير. بوسطن ، ماساتشوستس: ماكجرو هيل. </li>
	<li style="font-size:17px">هاريس ، العاصمة (2015). التحليل الكيميائي الكمي. نيويورك ، نيويورك: دبليو إتش فريمان وشركاه. </li>
</ol>

الامتصاص
عندما يتفاعل الضوء مع مادة ما ، يتم امتصاص جزء من الضوء بينما ينعكس الباقي أو ينتقل من خلاله. ...

Education

JoVE Lab Manual

Chemistry

الكيمياء

UV-Vis Spectroscopy of Dyes

how dyes absorb visible light

Dyes absorb visible light because their molecular structure lets them interact with specific wavelengths. When light hits a substance, some light is absorbed and the rest is reflected or transmitted. The color we see depends on the wavelength that is reflected. A blue substance reflects blue light, around 430 to 480 nm, and absorbs the complementary orange region, around 590 to 630 nm. Compounds that do not absorb in the visible range appear colorless to the human eye. Light also has energy and wavelength, and higher-energy light has a shorter wavelength.

Most dyes are conjugated compounds. This means they contain alternating double and single bonds, and in some cases carbonyl groups and carbon-oxygen double bonds also take part in the conjugated system. The length of the conjugated region affects the wavelength the dye absorbs. A dye with more conjugation absorbs a longer wavelength than a dye with less conjugation. This happens because delocalized electrons occupy molecular orbitals. The highest occupied molecular orbital, or HOMO, is the highest-energy orbital with an electron, and the lowest unoccupied molecular orbital, or LUMO, is the next available empty orbital.

Molecules with little or no conjugation usually have a large energy gap between the HOMO and LUMO. Conjugated molecules have a smaller gap. An electron must absorb light with the same energy as that gap to move from the HOMO to the LUMO. Because of this, molecules with a large gap need higher-energy UV light, while dyes with a smaller gap can be excited by lower-energy visible light. Since light energy and wavelength are inversely related, higher-energy light has a shorter wavelength.

Absorbance is measured experimentally with a UV-Visible, or UV-Vis, spectrophotometer. The instrument uses a light source and a monochromator to select specific wavelengths. That light passes through a liquid sample and then reaches a detector. If the compound is a solid, it must first be dissolved in a solvent. The solution is placed in a cuvette, which may be made of quartz crystal, glass, or plastic. The cuvette has a pathlength, which is the distance the light travels through the sample. Because the solvent also absorbs light, a blank made of solvent alone is used to subtract background absorbance.

The instrument measures transmittance, which is the fraction of the original light that passes through the sample. P0 is the irradiance before the sample, and P is the irradiance that reaches the detector. Absorbance is the negative log of transmittance. It ranges from 0, which means no absorption, to 2, which means 99% absorption. If 90% of the light is absorbed, transmittance is 0.1 and absorbance is 1. If 99% is absorbed, transmittance is 0.01 and absorbance is 2. The spectrum is a plot of absorbance versus wavelength, and for UV-Vis spectroscopy, the range is 200 to 800 nm.

The amount of light absorbed by a dye also depends on its concentration in solution. This relationship is described by the Beer-Lambert law. Absorbance equals the concentration of the compound multiplied by the path length and the molar attenuation coefficient. The molar attenuation coefficient is unique to each compound and changes with wavelength. If the wavelength is kept constant, it does not change with concentration. The wavelength with the highest absorbance is called lambda max, and it also has the largest molar attenuation coefficient.

How Dyes Absorb Visible Light

lab techniques

Measuring with Accuracy in the Lab

Measuring with accuracy in the lab starts with careful records, the right tools, and correct reading of data. Scientists use lab notebooks to record how an experiment was done. These notes include the amounts of materials used and each step of the procedure. Without that record, an experiment cannot be repeated in the same way. Balances and glassware are used to measure solids and liquids for experiments. The precision of a measurement depends on the equipment used. Digital balances show the...

scientific measurement and lab skills

Graphs, Curve Fit, and Standard Deviation

Two-dimensional graphs help students compare an independent variable with a dependent variable in science data. In a chemistry example, temperature is the independent variable and volume is the dependent variable. After data are collected, the relationship between the two measurements must be quantified so it can be evaluated and compared with other relationships. A graph can also show when no relationship exists between the two variables. To make a two-dimensional graph, each data point needs...

stoichiometry, product yield, and limiting reactants

stoichiometry-product-yield-and-limiting-reactants

Balancing Equations and Reactant Limits

Chemical equations show how reactants change into products during a reaction. Stoichiometry is the study of the relative amounts of reactants and products. It is based on the Law of Conservation of Mass, which says matter is neither created nor destroyed. Because atoms are only rearranged, the number and identity of atoms must match on both sides of a reaction. That is why a chemical equation must be balanced. A balanced equation has the same number of atoms for each element in the reactants...

redox reactions

Oxidation States in Redox Reactions

Oxidation states help identify redox reactions. In a redox reaction, oxidation is the loss of one or more electrons, and reduction is the gain of one or more electrons. These reactions are often tracked by changes in oxidation state, also called oxidation number. Each atom in a molecule has an oxidation state. This number shows how oxidized an atom is compared with its free elemental form. It is written as the charge an atom would have if every bond were purely ionic. In that model, bonding...

ideal gas law

Gas Laws Behind the Ideal Gas Equation

The ideal gas equation brings together the main gas laws used in chemistry. Gases have molecules that are far apart, so their behavior is described with four measurable variables: pressure, volume, number of moles, and temperature. The ideal gas law links these variables with the gas constant, R, which equals 8.314 J·K−1 mol−1. Boyle’s law describes the link between pressure and volume. When temperature and the number of moles stay constant, pressure and volume change in opposite directions.

acid and base concentrations

Acids, Bases, and pH in Titration

Acids, bases, and pH explain how acidic or basic a solution is. An Arrhenius acid releases hydrogen ions when it dissolves in water, while an Arrhenius base releases hydroxide ions. These reactions also create conjugate partners: an acid forms a conjugate base after losing hydrogen, and a base forms a conjugate acid after losing hydroxyl. Every acid has a conjugate base, and every base has a conjugate acid. pH measures the amount of hydrogen ions in a solution. The pH scale runs from 0 to 14...

buffers

Buffer pH and the Common Ion Effect

Buffer solutions help keep pH steady when acids or bases are added. In water, an Arrhenius acid (HA) dissociates into hydrogen ions, H+, and a conjugate base, A-. More hydrogen ions make a solution more acidic and lower its pH. An Arrhenius base (BOH) dissociates into a conjugate acid, B+, and hydroxide ions, OH-. Strong acids and strong bases usually change pH a lot because they react completely in water and raise the amount of H+ or OH-. Buffers reduce those pH changes. A buffer usually...

enthalpy of reaction

Reaction Heat, Hess’s Law, and Calorimetry

Reaction heat is explained through enthalpy, Hess’s law, and calorimetry. These ideas show how heat moves during chemical reactions and how scientists measure it. Thermodynamics is the study of heat energy and other forms of energy, such as work. Its laws are used across science, from biology to physics. The first law says energy is conserved in an isolated system. Energy can change form, such as thermal energy becoming work, but it cannot be created or destroyed. The second law of...

solubility

Solubility in Water and Other Solvents

Solubility describes how much of a solute can dissolve in a specific solvent. It is usually reported as solute mass per solvent volume or as solute mass per solvent mass. For example, sodium chloride has a solubility of 36 g per 100 mL of water at room temperature. If solubility is given by solvent mass, that mass must be converted to volume for later calculations. Temperature changes solubility. Sodium carbonate dissolves at about 7 g per 100 mL of water at 0 °C, 22 g per 100 mL at room...

metal flame emission

Flame Test Metal Color Clues

Flame testing uses a metal sample and a flame to identify a substance by its color. Each element gives off a characteristic light emission in the flame, so the color can help distinguish one element from another. This same idea appears in fireworks, where different metal components create different colors. The color comes from energy absorbed by the metallic component. When a species absorbs energy, that energy can go into translation, vibration, rotation, or electron excitement. Electron...

balmer series

Hydrogen Emission Lines

Hydrogen emission lines show how electrons move between fixed energy levels in the Bohr model. Niels Bohr proposed this model for the hydrogen atom in 1913. In this model, an electron can only occupy certain orbits, and it cannot exist between them. These energy states are labeled with the quantum number n. The ground state is n = 1. Higher values, such as n = 2, 3, 4, and so on, are excited states. An electron changes state only by absorbing or emitting energy equal to the difference between...

beer's law

Absorbance Spectra and Beer-Lambert Analysis

Absorbance spectra and the Beer-Lambert Law show how light can be used to study molecules in solution. When light hits a substance, it may be absorbed, transmitted, or reflected. A substance often interacts with a range of wavelengths, and each wavelength can affect the molecules or atoms in a different way. When a molecule absorbs light, that energy can be used for translation, vibration, rotation, or electron excitement. Electron excitement is especially important in spectroscopy because it...

concentration dependence

Reaction Order and Rate Constants

Chemical kinetics describes the speed of a chemical reaction. The rate depends on the reaction mechanism, the complexity of the reaction, and the number of reactants involved. Reactant concentration also affects how fast a reaction happens. The rate law is the experimental relationship that connects these factors to reaction rate. In the rate law, each reactant contributes through a reaction order. The general form is r = k[A]^m[B]^n for aA + bB + ... → cC. Here, r is the reaction rate, k is...

temperature dependence

Reaction Rate, Arrhenius, and Catalysts

Chemical kinetics explains how fast a reaction happens and why that speed changes. The reaction rate is the speed of a chemical reaction. It is defined as the change in concentration of a reactant or product over time. Reaction speed depends on several factors, including the concentration of the reactants and the temperature of the reaction. Each reactant affects the rate in a specific way. That relationship is described by the rate law. The rate law is an equation that connects the...

galvanic cells

Battery Power from Redox Reactions

Electrochemistry studies how chemical change and electrical energy are linked. In this branch of chemistry, electrons move from one species to another. That movement can either produce current or be driven by an applied current. The main reaction in electrochemistry is the oxidation-reduction, or redox, reaction. A redox reaction has two half-reactions. Oxidation is the loss of electrons, and reduction is the gain of electrons. These changes also shift the oxidation state of each substance. The...

electrolytic cells

Electroplating with Electrolytic Cells

Electrochemistry links electrical energy with chemical change, and electrolytic cells show how electricity can drive a nonspontaneous reaction. In these reactions, electrons move from one species to another. The key chemistry is a redox reaction, or oxidation-reduction reaction, which happens in two half-reactions. Oxidation is the loss of electrons, and reduction is the gain of electrons. The substance that loses electrons is the reducing agent, and the substance that gains electrons is the...

proper lab notebook keeping

Recording a Reproducible Lab Experiment

Accurate lab notebook records are essential in science and organic chemistry labs. Without clear notes, descriptions, quantities, and observations, an experiment cannot be repeated or checked. Good record keeping supports reproducibility, which means other people can follow the same work and get similar results. A laboratory notebook is useful in school labs, research settings, and industry. It can also become a legal record when an idea, process, substance, or technique is patented and...

basic organic chemistry techniques

Organic Lab Glassware and Safe Handling

Organic chemistry labs use specific glassware, careful weighing steps, and controlled heating to keep reactions safe and accurate. Beakers and Erlenmeyer flasks are often used for mixing or holding solvents, but they are not meant for measuring volume unless only an approximate amount is needed. Volumetric glassware is used when a precise volume matters. This group includes graduated cylinders, volumetric pipettes, and volumetric flasks. A graduated cylinder is commonly used in the organic lab...

melting points

How Impurities Change Melting Points

Melting point helps identify an organic compound by showing the temperature where a solid turns into a liquid at 1 atmosphere of pressure. It is a physical property, like solubility, density, color, and electronegativity. Because the exact start of melting is hard to measure, the result is reported as a range. The lower end is when the first drops of liquid appear. The upper end is when the last solid has melted. Scientists compare this range with literature values to help identify a compound. <br...

boiling points

Boiling Point and Vapor Pressure

Boiling point and vapor pressure are key physical properties of a liquid. For a pure compound, the boiling point can help identify the substance. In experiments, the boiling point is usually recorded as a range because exact values are hard to measure and may differ by a few degrees from the literature value. Vapor pressure explains why a liquid boils. In a sealed container, some molecules at the liquid surface gain enough energy to escape into the gas phase. At the same time, some gas...

recrystallization

Purifying Crystals by Solubility

Purifying crystals by solubility is a key organic chemistry technique. Recrystallization uses differences in solubility to separate a desired solid product from starting materials, solvent, and impurities. It is one of the three standard purification methods, along with distillation and extraction. Solubility is the maximum amount of a substance that can dissolve in a fixed volume of solvent at a given temperature. Different solutes dissolve in different solvents, and their behavior can vary...

extraction

Separating Mixtures with Solvent Extraction

Solvent extraction is a common way to separate and isolate a target compound in organic chemistry. In this process, a solute moves from one phase to another so it can be separated from unreacted starting materials or impurities. Extraction is also useful when a product is dissolved in a reaction solvent that is hard to remove by evaporation, such as a solvent with a high boiling point. There are three main types of extraction. In solid-liquid extraction, the solute moves from a solid phase...

simple distillation

Separating Liquids by Boiling Point

Separating liquids by boiling point is the goal of distillation. A miscible mixture contains liquids that mix evenly, and it can be heated so that the more volatile liquid evaporates first. Volatility is a liquid’s tendency to vaporize, and boiling begins when bubbles form in the liquid phase. In a closed container, liquid and vapor can reach equilibrium, which means the rate of vaporization equals the rate of condensation. The pressure from the vapor above the liquid is called vapor pressure.

steam distillation

Steam Distillation and Low-Boiling Separation

Steam distillation is a separation method for temperature-sensitive organic compounds. It works best when the organic compound is immiscible in water, meaning the two liquids do not mix. The method helps remove the organic molecule from a non-volatile contaminant without using the higher temperatures needed for many other separations. In steam distillation, the immiscible mixture is heated until both water and the volatile organic compound distill together. The vapor rises to a condenser,...

thin-layer chromatography

TLC Separation by Polarity

Thin-layer chromatography (TLC) separates compounds in a mixture by polarity. It uses the same basic parts as other chromatography methods: a stationary phase, a mobile phase, and the solute. In TLC, the stationary phase is a thin coating on a plate instead of material packed into a column. The stationary phase in most TLC systems is polar silica gel, a form of silicon dioxide. Its surface has OH groups that can form hydrogen bonds. The sample is first spotted on a pencil start line with a...

column chromatography

Separating Mixtures by Polarity

Column chromatography separates compounds in an organic chemistry lab by using differences in physical properties. It is especially useful for microscale separations when less than 10 grams of material is available for analysis. The method can separate a mixture based on solubility, polarity, hydrophobicity, size, and charge. Any chromatography system has three main parts: the stationary phase, the mobile phase, and the sample mixture. In column chromatography, the stationary phase is usually...

hydrolysis of an ester

Soap Formation from Triglycerides

Triglycerides are lipids made of a glycerol backbone linked to three fatty acids. They are common in vegetable oils and animal fats. Plant lipids are the basis of vegetable oils, while animal lipids are used as lard or general sources of fats. A fatty acid has a long carbon chain, usually between 12 and 20 carbons, with a weak organic acid at one end. Some fatty acids contain double bonds. These are unsaturated fats. The double bond usually gives the chain a bent, cis shape. As a result,...

synthesis of luminol

Luminol Chemiluminescence in Forensics

Luminol chemiluminescence shows how a chemical reaction can produce light and help with blood detection. Chemical reactions may be endothermic or exothermic, depending on whether they absorb or release heat as reactants become products. The enthalpy of a reaction is the energy difference between reactants and products, or ΔH. A positive ΔH means the reaction is endothermic. A negative ΔH means it is exothermic. Many reactions do not happen in a single step. They can pass through intermediates...

esterification

Ester Formation and Everyday Fragrances

Esters are organic compounds with a carbonyl group attached to an oxygen that connects to another alkyl or aryl group. Their general formula is RCOOR'. They are often made by reacting a carboxylic acid with an alcohol in an esterification reaction. In this process, the hydroxyl group of the acid is replaced by an alkyl or aryl group. Many simple esters have familiar fruit and flower smells because their structures are small and less complex. Formic acid and methanol can combine to form methyl...

identification of unknown aldehydes and ketones

identification-of-unknown-aldehydes-and-ketones

Carbonyl Tests for Aldehydes and Ketones

Aldehydes and ketones are carbonyl compounds, which means they contain a C=O functional group. A ketone has two alkyl or aryl groups attached to the carbonyl carbon. Acetone is the simplest ketone, with two methyl groups. An aldehyde is similar, but it has at least one hydrogen attached to the carbonyl carbon. Formaldehyde is the simplest aldehyde, and acetaldehyde has one hydrogen and one methyl group. The carbonyl carbon in both aldehydes and ketones is electrophilic because the oxygen atom...

uv-vis spectroscopy of dyes

Dyes absorb visible light because their molecular structure lets them interact with specific wavelengths. When light hits a substance, some light is absorbed and the rest is reflected or transmitted. The color we see depends on the wavelength that is reflected. A blue substance reflects blue light, around 430 to 480 nm, and absorbs the complementary orange region, around 590 to 630 nm. Compounds that do not absorb in the visible range appear colorless to the human eye. Light also has energy and...

identifying alcohols

Alcohol Tests for Primary, Secondary, and Tertiary

Alcohol tests can help sort alcohols by structure and reactivity. Alcohols are organic molecules with a hydroxyl group attached to an alkyl or aryl group, written as ROH. If the carbon with the hydroxyl group has one R group, the alcohol is primary. If it has two R groups, it is secondary. If it has three R groups, it is tertiary. Alcohols can also be aromatic when they contain a benzene ring. Phenol is the simplest aromatic alcohol. To identify an alcohol, chemists can use its chemical...

chemistry

Comprehensive, curriculum-focused videos for both instructors and students in introductory chemistry lab courses.

https://cloudfront.jove.com/files/banners/scicat/labbio.jpg

Learn how dye structure affects visible light absorption, how UV-Vis spectrophotometers measure absorbance, and how Beer-Lambert law links absorbance to concentration.

How Dyes Absorb Visible Light | JoVE K12

استعد لتدريس التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية للأصباغ من خلال هذا الدليل الإرشادي للمدرسين لمدة 4 دقيقة. يغطي خطوات التحضير الأساسية لمختبر Chemistry على JoVE Lab Manual.

تحضير المدرّس لـ التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية للأصباغ في Chemistry - أكثر من 8.8K مشاهدة | JoVE Lab Manual

اتبع إجراءات التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية للأصباغ خطوة بخطوة في فيديو بروتوكول الطالب هذا لمدة 10 دقيقة. جزء من مجموعة Chemistry على JoVE Lab Manual.

بروتوكول الطالب لـ التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية للأصباغ في Chemistry - أكثر من 37K مشاهدة | JoVE Lab Manual

How Dyes Absorb Visible Light

Description

Transcript