Il spettroscopia il punto isosbestico corrisponde a una specifica lunghezza d’onda o frequenza a cui l’assorbanza totale della specie non cambia durante una reazione chimica o un fenomeno fisico.
Spettro di assorbimento
In figura è rappresentato lo spettro di assorbimento del metilarancio per a vari valori di pH.
Si noti che esiste una lunghezza d’onda a 469 nm in cui tutti gli spettri si incrociano. Questo è chiamato punto isosbestico. Variando il pH varia la concentrazione relativa di due forme della molecola del colorante. Ciascuna forma ha un caratteristico picco di assorbimento. Il punto isosbestico si verifica alla lunghezza d’onda alla quale l’assorbimento dovuto a ciascuna delle forme molecolari ha la stessa intensità. Quindi, a questa lunghezza d’onda variando la concentrazione relativa non cambia l’intensità di assorbimento.
Spettroscopia di assorbimento
Un modo per determinare la costante di equilibrio di una reazione in cui vi siano specie di diverso colore a seconda del pH è la spettroscopia di assorbimento.
Se si usa una lunghezza d’onda a cui una delle due specie mostra un forte assorbimento si otterrà l’assorbanza in funzione del pH quando varia la concentrazione della soluzione.
Per il Principio di Le Chatelier all’aumentare di [H+], cui corrisponde una diminuzione di pH, l’equilibrio si sposta verso sinistra verso la forma indissociata.
Consideriamo, ad esempio, l’assorbanza di una soluzione contenente blu di bromotimolo in funzione della variazione di pH. A valori di pH minori di 6 il blu di bromotimolo è giallo, tra valori di pH compresi tra 6 e 7.6 l’indicatore è verde mentre a pH maggiori di 7.6 è blu.
Quando la soluzione passa da un ambiente acido a un ambiente basico si osserva una variazione dello spettro in cui il picco presente a 430 nm indicato con λ1 è il più elevato a uno spettro in cui diventa predominante il picco a 630 nm indicato con λ2.
All’aumentare del pH la posizione dell’equilibrio cambia in quanto HIn si trasforma in In– e, poiché l’assorbanza a ogni lunghezza d’onda è proporzionale alla concentrazione, si osserva una diminuzione dell’assorbanza a λ1 a causa della diminuzione di [HIn] e un aumento dell’assorbanza a λ2 a causa dell’aumento di [In–].
Il pH è uguale al pKa quando [ In–]=[HIn] ovvero quando la metà dell’indicatore è presente come HIn e la metà è presente come In– ovvero al pH in cui l’assorbanza di ogni forma è pari alla metà del suo massimo ovvero quando si ha un punto di flesso per entrambe le specie.
Applicazioni
I punti isosbestici sono utilizzati per la calibrazione di uno spettrofotometro misurando gli spettri di una sostanza standard a due diverse condizioni di pH (sopra e sotto il pKa della sostanza). La lunghezza d’onda del punto isosbestico determinato non dipende dalla concentrazione della sostanza utilizzata e quindi costituisce un riferimento .
Nello studio della cinetica di una reazione i punti isosbestici sono usati come riferimento nello studio delle velocità di reazione, poiché l’assorbanza a quelle lunghezze d’onda rimane costante durante l’intera reazione.