Fluoreszenz, warum unterschiedliche Farben?
Hallo,
letztens in Chemie haben wir uns fluoreszierende Stoffe angeschaut. Wie Fluoreszenz funktioniert, habe ich auch verstanden, aber nicht, warum das unterschiedliche Farben ergibt? Denn alle Stoffe wurden mit dem selben Licht angeregt. Warum dann unterschiedliche Farben?
Vielen Dank!
3 Antworten
Jeder Farbstoff hat eine andere Struktur der Energieniveaus. Wird nun ein Photon vom Farbstoff absorbiert, geht er nun in einen angeregten Zustand über. Dieser angeregte Zustand besitzt nun aber noch eine Substruktur. Es gibt verschiedenen angeregte Schwingungszustände im angeregten Zustand. Die relaxieren nun zunächst strahlungsfrei (Energieabgabe an Umgebung z.B.). Fluoreszenz erfolgt dann immer aus dem Schwingungsgrundniveau des angeregten Zustandes (Kasha-Regel). Daher ist das emittierte Licht immer langwelliger als das absorbierte (würde eher sagen meistens). Diese Verschiebung nennt sich Stokes-Verschiebung. Die ist natürlich für jeden Farbstoff unterschiedlich, da ja jeder eine andere Energieniveau-Struktur hat. Außerdem ist auch nicht die Anregungsenergie unbedingt gleich. Deine Anregung ist sicherlich meist nicht monochrom. Hier gibt es eine nette Tabelle:
https://www.univie.ac.at/mikroskopie/3_fluoreszenz/definition/2_stoke.htm
Hast Du denn verstanden, warum angeregte (z.B. in die Flamme gebrachte) Atome verschiedener Elemente in verschiedenen Farben leuchten?
Und warum leuchtet Na gelb und K violett, wenn beide in derselben Flamme erhitzt werden?
Dann solltest Du dies dringend nachholen (das kommt im Lehrplan deutlich vor der Fluoreszenz!), es hängt mit der Fluoreszenz insofern zusammen, dass die Elektronen in beiden Fällen nur diskrete Energien haben können.
Das hatten wir noch nichtmal, ich sollte nur einen kleinen Vortrag über Floureszenz vorbereiten und wie sie eben grob funktioniert, darum kann ich auch nichts über Flammenfarben aussagen (ich schätz es liegt an der Temperatur?)!
wie kann es an der Temperatur liegen, wenn "beide in derselben Flamme erhitzt werden"?
Wenn Ihr das mit Atomen noch nicht hattet, dann versuche nicht, die unterschiedlichen Farben bei der Fluoreszenz zu verstehen.
pWolff hat es ganz gut erklärt - aber so ganz ohne Grundlagen kann man das halt schwer verstehen.
Bist du sicher, dass du die Funktionsweise von Fluoreszenz verstanden hast, wenn du dich fragst, warum dabei bei verschiedenen Stoffen verschiedene Farben rauskommen?
Was denkst du, sei die Funktionsweise der Fluoreszenz?
Ja, die Photonen im Licht erheben die Elektronen der äußeren Schale im Energielevel nach oben, wenn diese aber ihr Level verlieren wird Energie in Form von Licht ( und anderen Sachen ) frei. Der Stoff leuchtet?
Wie weit heben die Photonen die Elektronen nach oben? Was passiert dann mit den Elektronen?
(Bei Molekülen spricht man übrigens nicht von "Schalen" sondern nur von "Energieniveaus". Die Elektronen sind hier ja nicht mehr "schalenförmig" verteilt.)
Die Photonen heben die Elektronen immer gleich weit nach oben hätte ich mal gesagt da sie ja alle aus der selben Quelle kommen?
Ok. Was passiert, wenn die Elektronen nach oben gehoben worden sind? Nicht alle Elektronen haben dort ja ein Energieniveau. Und selbst wenn, gibt es immer noch verschiedene Möglichkeiten, was sie mit der Energie machen.
Naja du willst mir also sage, dass je nach Stoff die Elektronen mehr Energie aufnehmen/abgeben und somit andere Wellenlängen erzeugen?
Jein.
Die Elektronen nehmen manchmal nicht alle verfügbare Energie auf und landen auf einem niedrigeren als dem maxmal möglichen Energieband (das ist eigentlich immer der Fall, da das Licht selten exakt abgestimmt ist).
Manchmal fallen die Elektronen auch unter Lichtabstrahlung auf ein Niveau über dem Grundniveau und von dort aus dann ohne Lichtaussendung auf das Grundniveau.
Manchmal fallen die Elektronen auch ohne Lichtabstrahlung auf ein Zwischenniveau und erst von dort aus auf das Grundniveau. (Aber das leitet schon zur Phosphoreszenz über.)
Dass Elektronen mehr Energie abgeben als sie aufgenommen haben, kommt nur bei sehr speziellen Molekülen vor. Den resultierenden Effekt nennt man dann Anti-Stokes-Verschiebung.
Siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Stokes-Verschiebung , https://de.wikipedia.org/wiki/Fluoreszenz , https://de.wikipedia.org/wiki/Raman-Streuung
Ja, die Photonen im Licht erheben die Elektronen der äußeren Schale im Energielevel nach oben, wenn diese aber ihr Level verlieren wird Energie in Form von Licht ( und anderen Sachen ) frei. Der Stoff leuchtet?