Frage von dasistsparta5, 37

Physikfrage - Spektralanalyse und Farben?

Bei der Spektralanalyse ermittelt man ja die Wellenlängen (Farben), die Atome emittieren. Diese emittierte Strahlung führt dazu, dass die Elektronen auf ein niedriegeres Energielevel zurückkommen, nachdem sie diese Strahlung absorbiert hatten und die Elektronen auf ein höheres Level gebracht wurden. Man empfängt mittels der Spektralanalyse folglich diese speziellen Farblinien des Farbspektrums - sozusagen wie ein Fingerabdruck.

Das ist das, was ich über das Thema Spektralanalyse weiß, und er wiederspricht sich etwas mit dem, was ich über die Oberflächenfarben von Objekten weiß. Und zwar folgendes:

Eine Orange erscheint uns orange, weil sie alle anderen Farben absorbiert außer die orangene - die wird reflektiert und erreicht unser Auge.

Das heißt: einerseits sendet ein Objekt eine Farbe aus, die sie reflektiert. Andererseits emittiert sie Farben, die sie vorher absorbiert hat, oder wie?

Dann müsste folglich die Farbe Orange, wenn ich das richtig verstehe, eine Mischung sein aus reflektierter Farbe und emittierten (vorher absorbierten) Farben, oder?

Ich habe leider keinen Physiklehrer, den fragen kann. Aber das Thema beschäftigt mich.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von ThomasJNewton, 37

Du musst schon zwischen Linienspektren und kontinuierlichen Spektren unterscheiden.

Linienspektren kommen in Gasen vor, wo einzelne Atome rumschwirren.
Die können eben bestimmte Frequenzen absorbieren, wenn die Energie des Photons genau dem Energieunterschied zwischen 2 Elektronenorbitalen entspricht.
Dieselben Frequenzen können sie auch emittieren. Und zwar nicht nur, wenn sie vorher durch ein Photon angeregt wurden, sondern auch wenn z.B. durch einen Stoß ein Elektron gehoben wurde.

Kontinuierliche Spektren sind was anderes.
Im Grunde strahlt jeder Körper sie ab, je heißer desto mehr und kurzwelliger.
Ich kenne mich da nicht so aus, schätze aber, dass da er Schwinguns- und Rotationszustände (und deren Energiedifferenzen) beteiligt sind.
Bei der Absorption werden auch ganze Bereiche absorbiert und gehen in Wärme über. Andere Bereiche werden hingegen durchgelassen/reflektiert/gestreut, die siehst du dann als "Farbe" des Objekts.
Eine Orange wirft fast den kompletten roten und gelben Bereich zurück, nicht nur einzelne Linien. Sonst wäre sie schwarz, weil die Linien sehr begrenzt sind.

Kommentar von dasistsparta5 ,

Aber mit der Spektralanalyse lassen sich doch z.B. auch Rückschlüsse auf die Atmosphärenbeschaffenheit von fremden Himmelskörper ziehen. Und die Atome in deren Atmospähre leuchten ja auch nicht (wenn es sich um Planeten handelt). Und die Wellen, die man damit einfängt sind ja, so wie ich das verstanden habe, doch gerade diese emittierten Strahlen, die vorher absorbiert wurden, oder habe ich was falsch verstanden?

Kommentar von ThomasJNewton ,

Ich bin da wirklich nicht der Experte. Aber Helium ist nach der Sonne benannt, weil es dort zuerst nachgewiesen wurde.

Und zwar nicht, wie ich dachte, durch sein Absorptionsspektrum, das im kontinuierlichen Spektrum der heißen Sonnenoberfläche "Lücken" reißt.
Sonder durch das Emissionsspektrum, allerdings während einer Sonnenfinsternis.

Das hatte ich in 2 Minuten raus, etliche weitere war ich vor Fassungslosigkeit gelähmt, und momentan hat sich gerade eine Graphikkarte verabschiedet - macht sie häufig.

Du unterliegst meiner Meinung nach einem ebenso verbreiten wie naheliegenden Irrtum oder Trugschluss.
Um etwas misszuverstehen, muss man erst mal etwas verstanden haben.
Ich weiß nicht genau, was die Forscher da messen, Emission oder Absorption eines Planeten, der nur ein Phantastillionenstel der Stahlung absondert wie die Sonne, um die er kreist.

Es interessiert mich auch nicht. Aber wenn's mich interessierte, würde ich nachforschen. Und dieses Forschen ist nur ein müder Abklatsch des wissenschatlichen Vorschungsbegriffs.

Aber dazu gehört, Lücken im Verständnis zu schließen, nicht nonchalant zur nächsten Frage zu schweben.

Antwort
von Kajjo, 25

FARBEINDRUCK

  • Der sichtbare Farbeindruck eines Körpers entsteht durch Reflektion von auftreffendem Licht, wobei die spektrale Zusammensetzung des Lichts verändert wird -- manche Wellenlängen werden stärker absorbiert, andere schwächer. Zusätzlich tritt auch noch Streuung von Licht an der Oberfläche auf. Dies entspricht dem, was du in dem Beispiel "orange" erläutert hast. Bei durchscheinenden Körpern (z.B. farbigen Lösungen) spielt nicht nur Reflektion sondern auch Transmission eine Rolle, aber das Prinzip ist genau das gleiche.
  • Es gibt auch Stoffe, die Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbieren und eine andere, längere Wellenlänge wieder emittieren können. Solche Körper emittieren dann in bestimmten Wellenlänger mehr Licht, als auf sie aufgetroffen ist. Typische Beispiele sind die bekannten Neonfarben.

ATOMSPEKTROSKOPIE

  • Ich vermute, der entscheidende Punkt, den du noch nicht gehört hast, ist, dass sowohl Atomabsorptionsspektroskopie als auch Atomemissionsspektroskopie zerstörende Verfahren sind, bei denen Stoffe in heißen Flammen atomisiert werden und deren Spektren dann analysiert werden. So eine Spektralanalyse steht also nicht in Konkurrenz zum Farbeindruck.
Expertenantwort
von musicmaker201, Community-Experte für Chemie, 20

Das ist eine gute und berechtigte Frage wie ich finde.

Nehmen wir mal an, du hast ein schwarzes Objekt. Es absorbiert also nahezu das gesamte sichtbare Lichtspektrum. Deiner Idee nach müsste das Objekt ja jetzt leuchten, da ständig Elektronen wieder in tiefere Energieniveaus fallen und die Energie in Form von Photonen frei wird. Folglich dürfte es dann ja keine schwarzen Objekte geben. Also muss irgendwo ein Denkfehler sein.

Ganz einfach: Nur die wenigsten Farbstoffe sind Fluoreszenzfarbstoffe. Bei den meisten anderen Farbstoffen wird die Energie die beim Zurückfallen eines Photons frei wird, nicht als Licht, sondern vielmehr als Wärme-/Stoßenergie oder ähnliches frei, oder es ist schlicht für uns nicht sichtbares Licht.

Und nebenbei bemerkt: Wenn ein Fluoreszenzfarbstoff eine bestimmte Farbe absorbiert, muss er nicht die gleiche Farbe emmitieren. Ein angeregtes Elektron muss nämlich nicht direkt in seine ursprüngliche Schale zurückfallen. Es kann auch erst in eine Schale dazwischen fallen. Demnach ist die emmitierte Farbe auch eine andere, als die absorbierte.

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