Glossar ch-2 zu Farbigkeit

Glossar ch-2 / Lp
(meist aus Wikipedia)
Die von freien Atomen absorbierte bzw. emittierte Strahlung ergibt aufgrund der
gequantelten Aufnahme bzw. Abgabe von Energie scharf abgegrenzte Spektren,
die als Linienspektren bezeichnet werden. Ein Beispiel für ein derartiges
Linienspektrum liefert Wasserstoff als einfachstes Element.
Aus seinen Linienspektren, hier insbesondere die im Bereich des sichtbaren
Lichts liegende Balmer-Serie, wurden grundlegende Theorien und deren Beweise
zum Aufbau des Atoms abgeleitet. (z.B. Bohrsches Atommodell)
Absorptionsspektrum,
zeigt die Absorption von z. B. ultraviolettem (Ultraviolett) oder sichtbarem
Licht durch eine chemische Verbindung in Abhängigkeit von der
Wellenlänge (bzw. Frequenz) des eingestrahlten Lichts
(elektromagnetisches Spektrum); wichtig zur Identifizierung und
Charakterisierung unter anderem von Coenzymen, Nucleotiden,
Nucleinsäuren, aromatischen Aminosäuren, Proteinen, Carotinoiden,
Chlorophyll.
Frequenz und Wellenlänge
Zwischen der Frequenz f und der Wellenlänge
(Lambda) einer
Schwingung besteht ein direkter physikalischer Zusammenhang.
Frequenz
Wellenlänge
Periodendaue
r
Formelzeiche
n
f
Maßeinheit
Hz = 1/s
m
T
s
Elektromagnetische Wellen, wie man sie in der Rundfunkübertragung
kennt, breiten sich im Raum mit der Lichtgeschwindigkeit c (~
300.000 km/s = 300.000.000 m/s) aus.
Zwischen der Lichtgeschwindigkeit c der Wellenlänge
und der
Frequenz f besteht folgender Zusammenhang:
Lichtgeschwindigkeit c = Wellenlänge
· Frequenz f
Ein angeregter Zustand eines physikalischen Systems ist jeder Zustand, dessen
Energie größer ist als die des Zustands mit der niedrigst möglichen Energie, des
Grundzustands. Der Begriff wird hauptsächlich bei Systemen verwendet, die nur
bestimmte Zustände mit diskreten Energien annehmen können, wie sie durch die
Quantenmechanik beschrieben werden.
Bei einem Atom ist der Grundzustand durch die energetisch niedrigste
Elektronenkonfiguration bestimmt.
Durch Energiezufuhr, z. B. durch Absorption eines Photons mit geeigneter Energie
(Licht) oder unelastischen Stoß (Franck-Hertz-Versuch), kann ein Elektron auf ein
höheres Energieniveau angehoben werden.
Der Zerfall in einen energetisch tieferen Zustand erfolgt entweder spontan oder wird
durch eine äußere Störung ausgelöst. Die frei werdende Energie wird dabei in
irgendeiner Form an die Umgebung abgegeben, z. B.:
als Photon (spontane oder auch stimulierte Emission)
Grundlagen der Fluoreszenzentstehung
Bei der Absorption von Licht einer bestimmten Wellenlänge (=Anregungslicht) ist bei
verschiedenen Molekülen eine gleichzeitige Emission von Licht mit größerer
Wellenlänge beobachtbar. Dieses Verhalten (Absorption von kurzwelligem Licht,
Emission von längerwelligem Licht) wird als Fluoreszenz bezeichnet.
Bestimmte Elektronen der fluoreszierenden Moleküle absorbieren hierbei die
Photonen und gelangen dadurch auf ein höheres Energieniveau. Die Elektronen
können sich jedoch nicht auf diesem Niveau halten und fallen deshalb praktisch
augenblicklich auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurück. Dabei setzen sie die
aufgenommene Energie wieder frei und es kommt zur Emission des
Fluoreszenzlichts. Allerdings wird die Energie nicht nur als Licht freigesetzt.
Deshalb ist das emittierte Licht etwas energieärmer als das Anregungslicht.
Energieärmere Lichtstrahlung besitzt jedoch eine größere Wellenlänge und
deshalb auch eine andere Lichtfarbe als energiereichere Lichtstrahlung. Für die
Fluoreszenz ergibt sich hieraus die bereits eingangs erwähnte Eigenschaft
(Absorption von kurzwelligem Licht, Emission von längerwelligem Licht), welche auch
als Stokes-Regel bezeichnet wird.
Das emittierte Fluoreszenzlicht besitzt oft eine um etwa 20-50 nm größere
Wellenlänge als das Anregungslicht. Diese Differenz in der Wellenlänge zwischen
den beiden Lichtarten wird als Stokes-Differenz bezeichnet.
Animation dazu:
http://www.mikroskopie.de/kurse/fluoreszenz/elektron.html
Bei Phosphoreszenz handelt sich um eine Photolumineszenz. Sie unterscheidet sich
von der Fluoreszenz. Entfernt man bei fluoreszierenden Stoffen die Lichtquelle, so
endet das Leuchten sofort, wohingegen bei der Phosphoreszenz ein längeres
Nachleuchten zu beobachten ist.
Es herrscht die Fehlvorstellung in den Köpfen der Menschen, dass Phosphoreszenz
nur vom Leuchten des Phosphors her kommen kann. Dies ist aber ein Trugschluss.
Die Ursache für das Leuchten des weißen elementaren Phosphors ist, dass sich der
Phosphor mit dem Luftsauerstoff umsetzt. Bei dieser Art von Leuchten, handelt es
sich aber um die so genannte Chemolumineszenz.
Phosphoreszierende Materialien sind meist Kristalle, in denen Kleinstmengen an
Fremdstoffen in den Kristall eingeschlossen sind.
Der Begriff Chromophor leitet sich von griechisch chroma "Farbe" und
phoros "tragend" her. Er bezeichnet Atom-Gruppierungen, die einer
Verbindung durch selektive Lichtabsorption Farbigkeit verleihen. Im
Allgemeinen handelt es sich bei den chromophoren Gruppen um πElektronensysteme (Pi).
Als Chromophor (griech. Farbträger) bezeichnet man denjenigen Teil eines
Farbstoffs, der für das prinzipielle Vorhandensein der Farbigkeit sorgt.
Der Begriff Chromophor darf dabei nicht mit dem Begriff der Chromatophoren
verwechselt werden, bei denen es sich um Farbstoffe produzierende Zellen von
Fischen, Amphibien und Reptilien handelt, wie das bei Säugetieren die Melanozyten
tun.
Dass ein Farbstoff bei einem Beobachter einen Farbreiz hervorruft, also bunt
erscheint, beruht auf mehreren Eigenschaften: der Reflexion und Streuung des
Umgebungslichts sowie der selektiven Absorption eines Teils dieses Lichts, das vom
Chromophor aufgenommen wird und diesen in einen mehr oder weniger lang
andauernden energetisch angeregten Zustand versetzt.
Auxochrome (von griech. auxanein = wachsen und chroma = Farbe) sind
funktionelle Gruppen in Farbstoff-Molekülen, die das Absorptionsmaximum einer
bereits vorhandenen färbenden Gruppe (Chromophor) in den längerwelligen oder
kürzerwelligen Bereich des Spektrums verschieben, und dadurch eine Farbänderung
hervorrufen.
Auxochrome (von griech. auxanein = wachsen und chroma = Farbe)
sind funktionelle Gruppen in Farbstoff-Molekülen, die das Absorptionsmaximum einer
bereits vorhandenen färbenden Gruppe (Chromophor) in den längerwelligen oder
kürzerwelligen Bereich des Spektrums verschieben, und dadurch eine Farbänderung
hervorrufen. Meistens ist die gewünschte Farbänderung eine Verschiebung zu
längeren Wellenlängen (Bathochromer Effekt), weil die Absorption des
Chromophors für sich alleine oft im UV-Bereich liegt, der für das menschliche Auge
nicht sichtbar ist.
Vom bathochromen Effekt spricht man, wenn sich das Absorptionsspektrum eines
Farbstoffs durch Wirkung auxochromer und/oder anti-auxochromer Substituenten
bzw. funktioneller Gruppen in Richtung größerer Wellenlängen, d.h. in Richtung des
energieärmeren Bereichs des Lichtspektrums verschiebt. Substituenten bzw.
funktionelle Gruppen, deren Einführung in ein organisches Farbstoffmolekül zu einer
solchen Verschiebung der Absorption ins Längerwellige führt, werden
dementsprechend auch Bathochrome bzw. bathochrome Gruppen genannt.
Und hier der schon bekannte Text zur Farbigkeit von Molekülen:
www.anja-warnecke.de/chemie/doc_download/61-farbstoffe.html