Farbigkeit Grundlagen

Die Farbigkeit entsteht dadurch, dass Licht im sichtbaren Bereich von einem Farbstoff absorbiert (aufgenommen) wird und nicht absorbiertes (nicht aufgenommenes) farbiges Licht in das Auge des Betrachters fällt.

Das heißt die Farbe, die wir sehen, ist immer nur die Komplementärfarbe der absorbierten (aufgenommenen) Farbe.


Erklärung

Damit du verstehen kannst wie das mit der Farbigkeit funktioniert, musst du dir zuerst einmal das Licht an sich anschauen. Bei weißem (normalem) Licht handelt es sich einfach nur um verschiedenfarbige Lichtstrahlen, die zusammen weiß ergeben.

Wenn wir also unser Licht spektral zerlegen (an einem Prisma trennen) ergeben sich aus einem normalen Lichtstrahl viele verschiedenfarbige Lichtstrahlen.

Wenn du jetzt verstehen willst woher die Farben kommen, kannst du dir zum Beispiel ein Blatt anschauen. Auf ein Blatt fällt auch ein Lichtstrahl aus weißem Licht.

Anschließend wird rotes und blaues Licht absorbiert (vom Blatt aufgenommen). Dadurch bleibt das grüne Licht übrig, was dann gestreut wird und in deinem Auge landet. Deswegen sieht das Blatt für dich grün aus.

Das heißt im Endeffekt, dass die Farben die wir sehen immer die komplementären Farben sind, die von einem Gegenstand absorbiert werden.

Es wird dargestellt dass die Farben Blau und Gelb sowie Grün und Rot zueinander komplementär sind

Organische Farbstoffe

Organische Farbstoffe sind quasi genau so aufgebaut wie ein Aromat.
Das heißt, Farbstoffe haben:

  • eine planare Struktur (flache Struktur)
  • delokalisierte Elektronen (Elektronen, die sich im Molekül bewegen können)
  • erfüllen die Hückel-Regel (4n + 2 Elektronen)

Einige Elektronen des Farbstoffes sind delokalisiert und können sich im Farbstoff frei bewegen. Dadurch können die Bewegung der Elektronen mit unterschiedlichem Licht angeregt werden.

Man sagt auch häufig, dass die Elektronen in einem Pi-System (delokalisiert) sind.

Das heißt im Endeffekt einfach nur, dass die Elektronen durch ihr Wandern im Farbstoff bestimmtes Licht verschlucken können. Als Farbe sehen wir dann das Licht, das nicht verschluckt wurde.

Farbspektrum

Bei sichtbarem Licht kann man sich merken:

  • blaues Licht ist energiereich
  • energiereicher als blaues Licht ist ultraviolettes Licht (nicht sichtbar für das Auge)
  • grünes und gelbes Licht liegen zwischen blauem und rotem Licht
  • rotes Licht ist energiearm
  • energieärmer als rotes Licht ist infrarotes Licht (nicht sichtbar für das Auge)
Es wird dargestellt dass bei kleinen Wellenlängen unter 400 Nanometer der ultraviolette Bereich vorliegt zwischen 400 und 470 Nanometer ist der blaue Bereich zwischen 470 und 540 Nanometer liegt der grüne Bereich bei circa 550 Nanometer liegt der gelbe Bereich und darüber liegt der rote Bereich ab einer Wellenzahl von circa 700 Nanometer liegt der infrarote Bereich

Einfluss auf die Farbigkeit

Neben der Struktur des Moleküls wird die Farbigkeit beeinflusst durch:

  • den pH-Wert
  • das Lösemittel in dem der Farbstoff ist (Wasser, Alkohol, Öl etc.)
  • Anzahl der delokalisierten Elektronen
  • Heteroatome in der Molekülstruktur (N, O, F, Cl etc.)

Anzahl der delokalisierten Elektronen

Je nachdem wie groß ein Pi-Elektronensystem ist kann es sein, dass Licht außerhalb des sichtbaren Bereichs absorbiert wird.

Benzol absorbiert zum Beispiel Licht im ultravioletten Bereich. Man kann die Farbigkeit der Moleküle durch Auxochrome (funktionelle Gruppen) beeinflussen.

Auxochrome oder Antiauxochrome sind Moleküle die dafür sorgen, dass sich die Farbigkeit eines Moleküls verändert. Dabei wird unterschieden zwischen dem:

  • Bathochromen Effekt (die Absorption des Molekül wird in Richtung des roten Lichts verschoben) durch Auxochrome
  • Hypsochromen Effekt (die Absorption des Molekül wird in Richtung des blauen Lichts verschoben) durch Antiauxochrome

Bathochromer Effekt (Bathochromie)

Durch den Anhang von funktionellen Gruppen wird:

  • das Pi-System vergrößert und
  • die Absorption des Farbstoffes zum langwelligen (roten) Bereich verschoben

Ein Beispiel für Auxochrome sind die funktionellen Gruppen \text{-NH}_{2}-NH2\text{-NH}_{2} oder \text{-OH}-OH\text{-OH}.

Hypsochromer Effekt (Hypsochromie)

Durch das Anhängen von bestimmten funktionellen Gruppe kann:

  • das Pi-System verkleinert werden
  • die Absorption zum kurzwelligen Bereich (blau) verschoben werden

Ein Beispiel für Antiauxochrome sind die funktionellen Gruppen \text{-NO}_{2}-NO2\text{-NO}_{2} oder \text{-COO}^--COO\text{-COO}^-.

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