Untere Atmosphäre

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1. Oxidation und Beobachtung - Mehr

Arbeitsblatt 2: Der Zusammenhang von Licht, Materie und Farbe

Bild 1: Spektrum von weißem Licht
© 2004 Seesing, Tausch; Universität Duisburg-Essen, Duisburg  [Lit:Tausch, von Wachtendonk: Chemie SII, Buchner Verlag, Bamberg 1993]  

Sichtbares Licht ist elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich. Es besteht aus winzigen "Energiepaketen", den Lichtquanten oder Photonen. Entsprechend der Wellenlänge enthalten die Lichtquanten eine bestimmte Energie.
Treffen je gleich viele Lichtquanten aller sichtbaren Wellenlängen auf unser Auge, so sehen wir weißes Licht. Desgleichen sieht ein Körper weiß aus, wenn er alle Lichtquanten weißen Lichtes gleichmäßig reflektiert.
Mit Hilfe eines Prismas oder eines optischen Gitters (ganz viele dünne parallel liegende Linien z.B. einer CD) können die Wellenlängen in unterschiedlichen Winkeln durchgeleitet bzw. reflektiert werden. Wir sehen dann ein Spektrum (Bild 1), in dem alle Farben nach Energiegehalt sortiert nebeneinander liegen.
Wird aber ein Teil des Lichtes bestimmter Energie absorbiert, so sehen wir die komplementäre Farbe des absorbierten Lichtes.
 

A 1	Ordne den jeweiligen Spektren die entsprechend sichtbare Farbe zu.

Viele Stoffe in der Natur erscheinen uns farbig, doch die meisten absorbieren in mehreren Wellenlängenbereichen und dort auch noch unterschiedlich stark. (Siehe Bild 2) Die Absorptionsspektren sind stoffspezifisch und ermöglichen uns deren Identifizierung. Dennoch sind manchmal 2 Stoffproben, die dieselben Inhaltsstoffe besitzen, in der Farbhelligkeit unterschiedlich.

A 2	Stelle eine These auf, worin der "Helligkeitsunterschied" der zwei Proben liegen könnte, begründe die These und skizziere ein etwas "dunkleres" Chlorophyll b Spektrum in Bild 2 hinein.

Grundlagen der Spektrometrie

Technisch wird die Spektroskopie verwendet, um Stoffe zu identifizieren. So kann man die verschiedenen Stoffe im Labor mit einem Photometer (auch Spektrometer genannt) untersuchen, um sie dann in Satellitenmessungen der Erdatmosphäre wiederfinden zu können. (Siehe im Internet bei Espere im Bereich "Untere Atmosphäre. /Mehr/1.Oxidation/Messtechnik" darin das Atmosphären-Spektrum der GOME Satelliten.)
Die Laborgeräte sind entsprechend des Schemas von Bild 3 aufgebaut:

Bild 3:

Aufbau eines Photometers
A: Lichtquelle; B: Monochromator (Prisma, oder optisches Gitter);
C: Blende; D: Küvette mit der zu untersuchenden Probe;
F: Photosensor; G: Messverstärker mit geeichter Anzeige und Angabe der EXTINKTION (Auslöschung)
Io: Lichtintensität vor der Probe
I:  Lichtintensität nach der Probe
© 2004 Seesing, Tausch; Universität Duisburg-Essen, Duisburg  [Lit:Tausch, von Wachtendonk: Chemie SII, Buchner Verlag, Bamberg 1993]  

Der Messwert EXTINKTION (E) gibt das Verhältnis der durchgelassenen (I) zur ankommenden (Io) Lichtintensität an. Je nach Gerät und Einstellung erfolgt die Messwertangabe in Prozent oder logarithmisch.
 

An einem Photometer sind oft viele Parameter einstellbar. So kann man zwischen verschiedenen Lampen wählen ,besonders bei den Geräten, die auch im UV-Bereich messen können. Die Öffnungsweite der Blende, die Stellung des Monochromators, die Probentemperatur und die Messverstärkung sind einstellbar. Die Schichtdicke der Probe lässt sich durch Verwendung von Küvetten unterschiedlicher Geometrie verändern. Sie bleibt aber bei baugleichen Küvetten konstant.

Die Wissenschaftler Johann Heinrich Lambert (1728-1777) und August Beer (1825-1863) fanden bei photometrischen Messungen das nach Ihnen benannte LAMBERT-BEERSCHE GESETZ:

E: Extinktion; e: molarer Extinktionskoeffizient (Stoffkonstante, die abhängig von der eingestellten Wellenlänge und vom eventuell vorhandenen Lösungsmittel ist.); d: Schichtdicke der durchstrahlten Probe; c: Konzentration der absorbierenden Substanz in der Probe.

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Authors: M. Seesing, M. Tausch - Universität Duisburg-Essen, Duisburg / Germany
Scientific reviewing: Dr. Mark Lawrence - MPI for chemistry, Mainz - 2004-05-05
Last update: 2004-05-13