Praktikum Virtual Hukum Beer: Absorbansi dan Konsentrasi

Praktikum virtual hukum Beer ini sesuai dengan praktikum spektrofotometri AP Chemistry tentang pengaruh konsentrasi larutan berwarna terhadap cahaya yang diteruskannya. Siswa menyinari kuvet berisi tembaga(II) sulfat, mencatat absorbansi dan persen transmitans pada lima konsentrasi, lalu memplot garis kalibrasi. Mereka memakai garis itu untuk mencari konsentrasi sampel dari absorbansinya, lalu menguji panjang lintasan dan panjang gelombang. Satu jam pelajaran menghasilkan grafik garis lurus melalui titik asal, gradien yang sama dengan εb, dan alasan yang jelas mengapa kimiawan mengukur pada panjang gelombang absorbansi maksimum.

Keterkaitan dengan kurikulum

• AP Chemistry Unit 3, Topic 3.13 Beer–Lambert law (SAP-8.C): absorbansi larutan bergantung pada konsentrasinya, panjang lintasan, dan absorptivitas molar. Praktikum ini juga sesuai dengan praktikum inkuiri terbimbing AP Chemistry tentang konsentrasi dan cahaya yang diteruskan, serta menyiapkan siswa untuk praktikum kolorimetri yang menentukan kadar tembaga dalam kuningan.
• Kurikulum lain: metode kurva kalibrasi yang sama dipakai dalam praktikum kolorimetri IB Chemistry dan A-level.

Simulic tidak berafiliasi dengan College Board maupun AQA dan tidak didukung oleh keduanya.

Sebelum praktikum (5 menit)

Minta siswa menetapkan prediksi, di kertas atau sebagai pertanyaan 1 pada tautan kelas:

"Anda menggandakan konsentrasi tembaga(II) sulfat di dalam kuvet. Kuvet dan panjang gelombangnya tetap sama. Apa yang terjadi pada absorbansi?"

Perkirakan jawaban terbagi antara "menjadi dua kali lipat", "menjadi setengah" (mencampuradukkan absorbansi dengan transmitans), dan "naik sedikit, lalu mendatar".

Langkah kerja dalam simulasi

1. Buka tab Hukum Beer. Pilih Tembaga(II) sulfat.
2. Atur Panjang lintasan b ke 1,0 cm dan tekan λ terbaik (635 nm). Tekan Nyalakan untuk menyalakan cahaya.
3. Atur Konsentrasi c ke 0,10 mol/L. Catat A, lalu tekan Tampilkan %T dan catat %T. Tekan Catat data untuk menambahkan titik ke grafik.
4. Ulangi untuk 0,20, 0,30, 0,40, dan 0,50 mol/L.
5. Plot A terhadap c, tarik garis paling sesuai, dan hitung gradiennya.
6. Uji panjang lintasan: pada 0,20 mol/L, atur b ke 0,5 cm lalu 2,0 cm. Menggeser penggeser panjang lintasan atau panjang gelombang mengosongkan grafik, jadi catat pembacaan di tabel.
7. Uji panjang gelombang: kembali ke b = 1,0 cm dan 0,20 mol/L, atur λ ke 450, 500, 550, 600, dan 700 nm.

c (mol/L)	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50
A (b = 1,0 cm, 635 nm)
%T

Hasil yang diharapkan

Semua pembacaan berasal dari simulasi. Nilai absorptivitasnya adalah nilai pembelajaran, jadi jangan bandingkan dengan tabel data.

c (mol/L)	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50
A	0,300	0,600	0,900	1,200	1,500
%T	50,12	25,12	12,59	6,31	3,16

• A terhadap c adalah garis lurus melalui titik asal dengan gradien 3,00 L/mol. Karena A = εbc dan b = 1,0 cm, ε = 3,00 L mol⁻¹ cm⁻¹.
• %T terhadap c berupa kurva, bukan garis: setiap tambahan 0,10 mol/L membuat cahaya yang lolos menjadi setengahnya.
• Panjang lintasan pada 0,20 mol/L: 0,5 cm memberi A = 0,300, 1,0 cm memberi 0,600, 2,0 cm memberi 1,200. A sebanding dengan b.
• Panjang gelombang pada 0,20 mol/L: 450 nm memberi 0,073, 500 nm 0,195, 550 nm 0,384, 600 nm 0,556, 635 nm 0,600, 700 nm 0,462. Puncaknya pada 635 nm, di daerah jingga-merah: larutan menyerap cahaya jingga-merah dan tampak biru.
• Membaca sampel: absorbansi 0,840 pada garis kalibrasi memberi c = 0,840 ÷ 3,00 = 0,280 mol/L. Siswa dapat mengeceknya dengan mengatur c ke 0,280 mol/L.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Jika Anda menggandakan konsentrasi, apa yang terjadi pada absorbansi?
2. Pengaturan mana yang harus tetap sama selama Anda membuat garis kalibrasi?
3. Berapa gradien garis A terhadap c Anda pada b = 1,0 cm dan 635 nm?
4. Sebuah sampel memberi A = 0,840 pada pengaturan yang sama. Berapa konsentrasinya?
5. Mengapa kimiawan mengukur pada panjang gelombang absorbansi maksimum?

Jawaban untuk guru: (1) Menjadi dua kali lipat: 0,300 pada 0,10 mol/L, 0,600 pada 0,20 mol/L. (2) Panjang lintasan dan panjang gelombang (dan larutannya). (3) 3,00 L/mol (terima 2,95–3,05). (4) 0,280 mol/L (terima 0,275–0,285). (5) Garisnya paling curam di sana, sehingga setiap perubahan konsentrasi memberi perubahan A terbesar. Metodenya paling peka, dan galat kecil dalam membaca A menghasilkan galat terkecil pada c.

Miskonsepsi umum

• "Absorbansi dan transmitans saling berlawanan, jadi keduanya garis lurus." Hanya A yang sebanding dengan c. %T membentuk kurva, itulah sebabnya spektrofotometer melaporkan A untuk kalibrasi.
• "Panjang gelombang apa pun bisa dipakai." Pada 450 nm garisnya sekitar delapan kali lebih landai daripada pada 635 nm, sehingga pembacaan membawa galat relatif yang jauh lebih besar.
• "Warna yang lebih gelap berarti zat yang berbeda." Biru yang lebih pekat di sini hanya berarti konsentrasi lebih tinggi atau lintasan lebih panjang.

Pengayaan

• Tantangan sampel tak diketahui: simulasi tidak memiliki mode sampel tersembunyi, jadi mainkan secara berpasangan. Satu siswa mengatur konsentrasi dan hanya menyebutkan A, sementara pasangannya tidak melihat penggeser dan baris keluaran. Pasangan memakai garis kalibrasi untuk mencari c, lalu mengeceknya.
• Bandingkan larutan: ganti ke kalium permanganat (λ terbaik 525 nm). Penggeser konsentrasinya berhenti di 0,00080 mol/L, ratusan kali lebih rendah daripada untuk tembaga sulfat, tetapi absorbansinya mirip. Tanyakan apa artinya bagi ε.

Pertanyaan umum

Apakah siswa perlu menolkan alat dengan blanko?

Tidak di simulasi: c = 0 selalu memberi A = 0,000. Pada praktikum nyata, kuvet berisi air dipakai untuk menetapkan titik nol. Sebutkan hal ini agar siswa tahu mengapa garisnya melalui titik asal.

Apakah garisnya pernah melengkung pada konsentrasi tinggi?

Tidak. Simulasi mengikuti hukum Beer–Lambert ideal di seluruh rentangnya. Larutan sungguhan dapat menyimpang pada absorbansi tinggi, jadi laboratorium menjaga larutan standar di bawah sekitar A = 1.

Bisakah siswa menentukan kadar tembaga dalam kuningan dengan ini?

Mereka dapat berlatih langkah kurva kalibrasinya. Melarutkan sampel kuningan dan menghitung persen massa tidak ada dalam simulasi.

Simulasi dan panduan terkait

Membuat larutan – konsentrasi persen, konsentrasi molar, dan pengenceran Molaritas – mol, volume, dan konsentrasi

Untuk kegiatan kimia lainnya, lihat ide pelajaran kimia interaktif. Untuk bantuan merumuskan pertanyaan, lihat menulis pertanyaan yang baik untuk lab virtual.