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Zusammenhang zwischen Farbe und Struktur

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Die Autor*innen
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André Otto
Zusammenhang zwischen Farbe und Struktur
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Zusammenhang zwischen Farbe und Struktur Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Zusammenhang zwischen Farbe und Struktur kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme Komplementärfarben.

    Tipps

    Indigo ist tief blau, da es im gelben Bereich des sichtbaren Lichts absorbiert.

    Methylorange absorbiert hellblaues Licht.

    Lösung

    Ein Körper ist farbig, wenn aus dem weißen Licht eine bestimmte Farbe absorbiert wird. Dann wird die Komplementärfarbe reflektiert und der Körper erscheint uns in der Farbe der Reflexion.

    Wird also rotes Licht absorbiert, so wird dunkelgrünes Licht reflektiert. Der Körper erscheint uns dunkelgrün.

  • Erkläre, wann ein Stoff farbig bzw. nicht farbig ist.

    Tipps

    Überlege, welche Art von Teilchen in Orbitalen vorkommen.

    Elektronen benötigen genaue Energieportionen, um von einem Orbital in ein höheres zu wechseln.

    Lösung

    Ein Stoff ist dann farbig, wenn die Energie des absorbierten Lichtes im sichtbaren Bereich liegt. Liegen HOMO und LUMO zu weit oder zu nah aneinander, dann kann kein Licht im sichtbaren Bereich absorbiert werden, da das Elektron nicht von einem auf das andere Orbital springen kann. Es erfolgt kein HOMO-LUMO-Effekt.

  • Erkläre, warum Kongorot farbig ist.

    Tipps

    Auxochrome sind Substituenten mit freien Elektronenpaaren. Sie haben einen +M-Effekt.

    Überlege, was im Gegenzug Antiauxochrome sind.

    Lösung

    Damit ein Stoff farbig ist, muss die Energiedifferenz zwischen dem LUMO (niedrigsten unbesetzten Molekülorbital) und dem HOMO (höchsten besetzten Molekülorbital) innerhalb des sichtbaren Lichts liegen.

    Dies erreicht man zum Beispiel durch ein großes $\pi$-Elektronensystem, das aus abwechselnden Einfach- und Doppelbindungen besteht.

    Dieses System kann durch Substituenten beeinflusst werden. Auxochrome haben den +M-Effekt. Sie schieben Elektronen in das Chromophor hinein.

    • z.B. $NH_2~, OH$
    Antiauxochrome ziehen Elektronen aus dem System heraus. Sie besitzen einen -M-Effekt.
    • z.B. $SO_3^-$$, NO_2$

  • Stelle Auxochrome und Antiauxochrome gegenüber.

    Tipps

    Auxochrome schieben Elektronen in das System.

    Antiauxochrome entziehen dem System die Elektronen.

    Lösung

    Auxochrome und antiauxochrome Gruppen tragen wesentlich zur Farbigkeit von Stoffen bei.
    Auxochrome besitzen den +M-Effekt, d.h. sie haben freie Elektronen und können diese in das System einschieben.
    Antiauxochrome besitzen das Vermögen Elektronen aus dem System herauszuziehen. Dieses Phänomen nennt man -M-Effekt.

    Auxochrome und Antiauxochrome verschieben das Absorptionsmaxium eines Chromophors in einen kurzwelligeren bzw. langwelligeren Bereich des elektromagnetischen Spektrums.

  • Entscheide, ob die Stoffe farbig sind.

    Tipps

    Weiß und Schwarz sind keine Farben.

    Indigo wird für Jeans genutzt.

    Lösung

    Salz, Zucker und Schörl sind weiß bzw. schwarz. Bei diesen Stoffen liegt die absorbierte Energie nicht im Bereich des sichtbaren Lichtes.

    Die anderen Stoffe hingegen sind farbig. In ihren Molekülen können Elektronen schon durch die Energie des sichtbaren Lichtes angeregt werden und absorbieren so einen Teil dieses Lichtes. Die wahrgenommene Farbe des Stoffes entspricht somit der Komplementärfarbe zur absorbierten Farbe.

  • Ordne das elektromagnetische Spektrum.

    Tipps

    Je kleiner die Wellenlänge, desto mehr Energie trägt die Strahlung.

    Gammastrahlen haben eine Wellenlänge von 10^-5 nm.

    Radiostrahlen haben eine sehr große Wellenlänge.

    Lösung

    Grundsätzlich kann eine elektromagnetische Strahlung umso mehr Energie transportieren, je kürzer ihre Wellenlänge ist.

    Sehr energiereiche Strahlung ist z.B. Gammastrahlung und UV(Ultraviolette)-Strahlung. Aufgrund ihres hohen Energiegehalts ist solch eine Strahlung für den Menschen gefährlich. Gegen die UV-Strahlung können wir uns zum Glück mit Sonnencreme schützen.

    Das sichtbare Licht umfasst nur einen kleinen Bereich des Spektrums. Alle Strahlung außerhalb von 400-700 nm Wellenlänge kann von uns optisch nicht wahrgenommen werden.

    Das heißt nicht, dass wir andere Strahlungsarten überhaupt nicht wahrnehmen können. Infrarot-Strahlen erwärmen so z.B. die Haut, wenn sie darauf trifft. Radiostrahlen können zum Übertragen von Informationen genutzt werden, die wir dann akustisch wahrnehmen können.

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