Farben und Farbstoffe Fluoreszenz physikalisch gesehen 02
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02 Farben und Farbstoffe Fluoreszenz physikalisch gesehen SchülerHilfen Können Farben mehr Licht aussenden (emittieren) als sie empfangen (absorbieren)? Fluoreszierende Farben erscheinen um vieles greller als „normale“ Farben. Kann ein Farbstoff tatsächlich stärker strahlen als es dem einfallenden Licht entspricht? Nein und ja! Natürlich kann kein Farbstoff mehr Energie emittieren als er vom einfallenden Licht aufnimmt. Ansonsten hätten wir einen Verstoß gegen den Energieerhaltungssatz und würde uns ein Perpetuum Mobile ermöglichen. Das Gegenteil ist der Fall: Nur in Ausnahmefällen wird genauso viel Energie abgegeben wie aufgenommen wurde. Meist wird zunächst ein kleiner Teil der aufgenommenen Energie entweder durch Stöße mit anderen Molekülen (erzeugt Wärme) oder durch eine „Entspannung“ der Moleküle (Moleküle schwingen zunächst stark und dann immer weniger: erzeugt auch Wärme) abgegeben (Relaxation), bevor das Elektron nach sehr kurzer Zeit (wenigen billionstel Sekunden!) wieder in den stabilen Grundzustand (GS) zurückfällt (Emission): ES Absorption Relaxation Emission GS Dadurch ist die Energiedifferenz bei der Emission kleiner als bei der Absorption. D.h. aber, dass die Frequenz des emittierten Photons kleiner ist als die des absorbierten, oder anders ausgedrückt die „Farbe“ des emittierten Photons ist zum Roten hin verschoben. Grob vereinfacht heißt das: Wird zum Beispiel ein „grünes“ Photon absorbiert, dann wird ein „gelbes“ oder „rotes“ Photon emittiert. Deshalb lautet hier die Antwort NEIN auf die eingangs gestellte Frage. Und weshalb gilt auch das JA? Es gibt Stoffe, deren Moleküle derart große Energielücken zwischen GS und ES haben (ΔEES sehr groß), dass die „Farbe“ der absorbierten Photonen nicht mehr im sichtbaren Bereich liegt, sondern im Ultravioletten (UV). Die emittierten Photonen haben dann etwas weniger Energie und haben eine „blaue Farbe“. Das bedeutet aber, dass in diesem Fall im blauen Bereich des Spektrums mehr Photonen von diesem Stoff ausgestrahlt werden, als eingefallen sind. D.h. der Stoff strahlt extrem hell im blauen Bereich. Diesen Effekt nennt man Fluoreszenz. In diesem Fall darf man auf die oben gestellte Frage tatsächlich mit JA antworten, denn der UV-Bereich gehört nicht mehr zum sichtbaren Licht. Stoffe, die diesen Effekt zeigen, bezeichnet man auch als „Tagesleuchtfarben“. Nebenstehend abgebildet ist das Transmissionsspektrum einer leicht fluoreszierenden Cobaltnitratlösung. Wie müsste das Emissionsspektrum dazu aussehen? Intensität 400 81969967 Piffer Seite 1 von 1 700 λ in nm
