absorptions- und transmissions-spektren

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Absorptions- und Transmissions-Spektren Nach Marcel Eugster, St. Georgen 2003 KST CHEMIE 2013 Two Chemie 1

Author: clyde

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Absorptions- und Transmissions-Spektren. Nach Marcel Eugster, St. Georgen 2003. Elektromagnetische Strahlung. Die verschiedenen Arten der elektromagnetischen Strahlung haben ein sehr unterschiedliches Erscheinungsbild. Strahlung einer Infrarotlampe Röntgenstrahlung Radiowellen - PowerPoint PPT Presentation

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PowerPoint-Prsentation

Absorptions- und Transmissions-SpektrenNach Marcel Eugster, St. Georgen 2003

KST CHEMIE 2013Two Chemie11

KST CHEMIE 2013Two Chemie22Ihr habt sicher alle schon den faszinierenden Eindruck eines Regenbogens bekommen. Ein Regenbogen entsteht immer dann, wenn man vor sich Regen hat, und hinter sich die Sonne, welche ihre Strahlen in die Richtung der Regenwolke wirft. Die Regentropfen werfen dabei die Sonnenstrahlen zurck und dieses wunderbare Farbmuster entsteht.

KST CHEMIE 2013Two Chemie33Das gleiche Phnomen lsst sich auch knstlich erzeugen mit Hilfe eines Prismas. Dabei tritt das gleiche Farbmuster wie bei einem Regenbogen auf: Rot-gelb-grn-blau-indigo. Um das Verhalten von Licht besser zu verstehen, wenden wir uns heute kurz und einfach der Physik des Lichts zu. Verschiedene Stoffe reagieren verschieden auf den Einfall von Licht. Diesen Umstand machen sich auch die Wissenschafter zu Nutze, um mit Hilfe von Lichtstrahlen Informationen ber einen Stoff zu erhalten. Die Chemiker sprechen dabei von einem Spektrum.

Elektromagnetische StrahlungStrahlung einer InfrarotlampeRntgenstrahlungRadiowellenSichtbares LichtInfrarotlampe spendet WrmeRntgenstrahlen knnen Materie durchdringenRadiowellen ermglichen den Empfang von Radiosendungensichtbares Licht ist fr die bunten Farben eines Regenbogens verantwortlich

Die verschiedenen Arten der elektromagnetischen Strahlung haben ein sehr unterschiedliches Erscheinungsbild.Gemeinsamkeiten

Geschwindigkeit der Strahlung im Vakuum:2.9979250 . 108 m/s ~3.0 . 108 m/s (Lichtgeschwindigkeit)

Wellencharakter

KST CHEMIE 2013Two Chemie44Elektromagnetische WellenVergleichbar mit stofflichen Wellen, wie z.B. WasserwellenSie besitzen eine charakteristische Wellenlnge und Frequenz!Die meisten elektromagnetischen Wellen wie Radiowellen oder die Rntgenstrahlung sind fr unser Auge nicht sichtbar. Sie bertragen Energie und stellen Schwingungen innerhalb eines Raumgefges dar, die senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung schwingen (transversale Schwingung).Die Wellen unterscheiden sich in ihrer Wellenlnge:Rundfunkwellen knnen mehrere hundert Meter lang sein, whrend die kosmische Hhenstrahlung Wellenlngen im kaum vorstellbaren Bereich von Millionstel Nanometer (1 nm = 1 Milliardstel Meter) besitzt. Die Wellenlnge des fr uns sichtbaren Lichts liegt zwischen 770 nm und 400 nm und wird als optisches Spektrum bezeichnet.

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Elektromagnetische StrahlungSichtbares Licht nimmt nur einen kleinen Ausschnitt des gesamten elektromagnetischen Spektrums ein!Wellenlnge

KST CHEMIE 2013Two Chemie66Licht ist eine Form von elektromagnetischer Strahlung, welche viele Eigenschaften mit Wellen gemeinsam haben. Man spricht daher von elektromagnetischen Wellen. Es gibt viele unterschiedliche Arten von elektromagnetischen Strahlungen. Diese unterscheiden sich in ihrer Energie, oder was gleichbedeutend ist, in ihrer Frequenz, bzw. ihrer Wellenlnge. Je hher die Frequenz, desto krzer ist die Wellenlnge, und desto energiereicher ist die Strahlung...

Die Art der elektromagnetischen Strahlung wird durch ihre Frequenz oder durch ihre Wellenlnge bestimmt. In der Chemie wird zur Charakterisierung von elektromagnetischer Strahlung auch der Kehrwert von , die so genannte Wellenzahl in cm-1 angegeben.

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KST CHEMIE 2013Two Chemie88

KST CHEMIE 2013Two Chemie99Elektromagnetische Strahlung

400 500 600 700 Wellenlnge (nm) UV-StrahlungIR-StrahlungSichtbarer Bereich des Spektrums

KST CHEMIE 2013Two Chemie1010Der fr das menschliche Auge sichtbare Bereich der elektromagnetischen Strahlung ist also nur ein winziger Ausschnitt aus dem ganzen Spektrum der elektromagnetischen Strahlung. Der Bereich der Wellenlngen des sichtbaren Lichts liegt zwischen 420 und 750 nm. Die energiereiche und deshalb gefhrliche UV-Strahlung sehen wir nicht, aber wir bekommen es bei einem Sonnenbad schmerzhaft als Sonnenbrand zu spren. Sonnenschutzcrme filtert diese UV-Strahlung heraus, so dass die schdigende Wirkung dieser Strahlung vermindert wird. Die Augen von Bienen knnen hingegen diese Strahlung wahrnehmen. Die IR - Strahlung spren wir ebenfalls auf der Haut als Wrmestrahlung. Sie kann mit Hilfe von IR-Kameras sichtbar gemacht werden.Aufspaltung von sichtbarem Licht

Lichtquelle mit weissem LichtPrismaFarbeindruck: weiss

KST CHEMIE 2013Two Chemie1111Im Regenbogen oder in einem Prisma wird das sichtbare Licht aufgespaltet in verschiedene Spektralfarben. Das bedeutet, dass weisses Licht aus Strahlen von unterschiedlichen Wellenlngen zwischen 420 und 750 nm besteht. weisses LichtPrisma

Aufspaltung von sichtbarem LichtKST CHEMIE 2013Two Chemie1212weisses LichtPrismaweisses LichtGitter(vgl. CD)

Aufspaltung von sichtbarem LichtKST CHEMIE 2013Two Chemie1313Den gleiche Effekt kann man auch durch ein feinmaschiges Gitter erziehlen. Ein solches Gitter ist z. B. auch die Oberflche einer CD. Demo CD! Gitter auf OHP einsetzen!weisses LichtPrismaweisses LichtGitter(vgl. CD)

Aufspaltung von sichtbarem LichtKST CHEMIE 2013Two Chemie1414KST CHEMIE 2013Two Chemie1515Unterschiedliche Stoffe reagieren verschieden auf den Einfall von Licht. Das ermglicht es unseren Augen, Dinge zu unterscheiden.Licht trifft auf einen nicht durchsichtigen KrperMglichkeiten:AbsorptionReflexion

Teil der Strahlung wird vom Stoff absorbiert.Nicht-absorbierter Teil wird reflektiert.Entstehender Farbeindruck entspricht der Komplementr-Farbe der absorbierten Farbe.

KST CHEMIE 2013Two Chemie1616Trifft ein Lichtstrahl auf einen undurchsichtigen Krper, so hat er zwei Mglichkeiten: Entweder er wird reflektiert (gespiegelt), oder er wird absorbiert. Der absorbierte Anteil des Lichts wird an der Oberflche des Krpers in unsichtbare IR-Strahlung umgewandelt: Der Krper erwrmt sich. Ein schwarzer Krper absorbiert fast die gesamte Strahlung des sichtbaren Lichts und wird von im mchtig aufgeheizt. Den Anteil des Lichts, welcher vom Krper reflektiert wird, den knnen wir sehen. Eine rote Tomate absorbiert also die blauen, grnen und die gelben Anteile des weissen Lichts und der rote Anteil wird reflektiert.?Wie sieht eine Tomate bei grnem Scheinwerfer-licht aus?

bei weissem Lichtbei grnem Licht

KST CHEMIE 2013Two Chemie1717Wrden wir eine rote Tomate mit grnem Licht beleuchten, dann wrde sie dieses Licht absorbieren. Praktisch nichts wrde reflektiert (ausser beim Stiel) und wir wrden die Tomate farblos grau beobachten.

Lichtquelle mit weissem Lichtviolette KMnO4-Lsung Licht trifft auf einen durchsichtigen KrperMglichkeiten:AbsorptionReflexionTransmission?

KST CHEMIE 2013Two Chemie1818Bei durchsichtigen Krpern hat das Licht noch eine dritte Mglichkeit: Ein Lichtstrahl, der durch eine farbige Lsung geschickt wird, kann z.T. absorbiert werden. Ein anderer Teil wird reflektiert und ein dritter Teil wird durch die Lsung hindurch gehen. Dieser Teil wird als Transmission bezeichnet. Dieser Anteil wird von unseren Augen wahrgenommen.

Licht trifft auf einen durchsichtigen KrperKMnO4: KaliumpermanganatLichtquelle mit weissem Lichtviolette KMnO4-Lsung

KST CHEMIE 2013Two Chemie1919

Licht trifft auf einen durchsichtigen KrperKMnO4: KaliumpermanganatLichtquelle mit weissem Lichtviolette KMnO4-Lsung ?

KST CHEMIE 2013Two Chemie2020Wie wird nun das Spektrum von einem weissen Lichtstrahl aussehen, welcher durch eine violette Lsung geschickt worden ist?

Licht trifft auf einen durchsichtigen KrperKMnO4: KaliumpermanganatLichtquelle mit weissem Lichtviolette KMnO4-Lsung Grnes Licht wird absorbiert von KMnO4-Lsung!Zusammenspiel der durchgelassenen Lichtarten ergibt Komplementr-Farbe zu grn: violett!

KST CHEMIE 2013Two Chemie2121Der grne Anteil des aus der Lsung austretenden Lichts fehlt. Dazu noch ein paar Versuche.Demo-Versuche mit verschiedenen Lsungen zeigen.KST CHEMIE 2013Two Chemie2222ExperimenteAbsorptions-Spektrum einer KMnO4-Lsung

KST CHEMIE 2013Two Chemie2323Bei einem Absorptionsspektrum wird der Anteil des Lichts, der von der Lsung absorbiert, d.h. herausgefiltert wird, in Abhngigkeit der Wellenlnge des Lichtstrahls aufgetragen. Die Kaliumpermanganat-Lsung filtert von einem weissen Lichtstrahl die Wellenlngen zwischen 480 und 560 nm (grn-gelb) heraus, das heisst der aus der Lsung austretende Lichtstrahl hat keinen Grn-Anteil mehr. Wir sehen die Wellenlngen von 420 bis 480 nm (Blau-Anteil) sowie von 560 bis 720 nm (rot). Die Kombination der beiden Farben ergibt die Komlementrfarbe von gelb-grn: violett. Absorptions-Spektrum einer KMnO4-Lsung

KST CHEMIE 2013Two Chemie2424Absorptions-Spektrum einer KMnO4-Lsung

Wie sieht das zugehrige Transmissions-Spektrum aus?

KST CHEMIE 2013Two Chemie2525Bei einem Transmissionsspektrum wird dagegen die Lichtintensitt des aus der Lsung austretenden Lichtstrahls in Abhngigkeit der Wellenlnge aufgetragen.Aufnahme eines Spektrums: Das Photometer

LichtquelleZerlegung des weissen LichtsBeweglicher SchlitzProbePhotozelleComputerMessung der Absorption oder der Transmission

KST CHEMIE 2013Two Chemie2626Solche Spektren werden mit einem Photospektrometer aufgenommen. Dabei wird ein monochromatischer Lichtstrahl durch eine Probe-Lsung geschickt, und die austretende Strahlung mit einer Photozelle in ein elektrische Signal umgewandelt und von einem Schreiber oder Computer aufgezeichnet.