Big Bang HTL 3, Schulbuch

Organische Technologie und Ökologie (III. Jg., 6. Sem.) 155 Farbstoffe 15 Die Welt ist bunt – doch warum ist das eigentlich so? Oder erscheint es uns nur so? Wir werden erfahren, was einen Stoff farbig macht, welche Typen von Farbstoffen es gibt und auf welche Arten man Textilien färben kann. 15.1 Licht und Farbe Physikalische Grundlagen In diesem Abschnitt geht es darum, was Licht ist und was Licht mit Farbe zu tun hat. Farbe ist ein Sinneseindruck , der dann entsteht, wenn Licht verschiedener Wellenlänge auf unser Auge trifft. Farbe gibt es also nur, wenn genügend Licht vorhanden ist. Wissen- schaftlich gesehen gibt es eigentlich gar keine Farben, son- dern nur elektromagnetische Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen. Was ist nun Licht genau? Licht ist ein Gemisch von elektromagnetischen Wellen ver- schiedener Wellenlängen. Bei einer sehr engen Definition ist Licht nur der Ausschnitt aus dem gesamten Spektrum elek- tromagnetischer Strahlung, den unser Auge wahrnehmen kann: zwischen 390 und 780nm. Weitere Definitionen zählen den Bereich kurzwelligen Lichts bis 100nm (Ultraviolett) und den Bereich langweiligen Lichts bis 1mm (Infrarot) auch da- zu. Grundsätzlich gilt: je langwelliger das Licht, desto ener- gieärmer, je kurzwelliger desto energiereicher ist es. Jeder Wellenlänge kann ein Farbeindruck zugeordnet werden. Sonnenlicht enthält elektromagnetische Wellen aller Wellenlängen. Abb. 15.1: Wellenlängen von sichtbarem Licht Wenn nun Sonnenlicht auf einen Gegenstand – und damit einen chemischen Stoff – fällt, können folgende Fälle eintreten: Farbeindruck durch Lichtabsorption: Die Farbigkeit entsteht hier dadurch, dass ein Stoff elekt- romagnetische Wellen mit ganz bestimmter Wellenlänge absorbiert . Der Stoff filtert also quasi bestimmte Wellen- längen aus dem Gesamtspektrum heraus. Der Rest, der übrig bleibt, ergibt den Farbeindruck. Diese Mischfarbe aus den übrig bleibenden Wellenlängen nennt man auch die Komplementärfarbe des absorbierten Lichtanteils. Abb. 15.2 Was ist Licht? Was ist UV-Licht? Was ist Farbe? F1 F2 gibt eine Übersicht über Wellenlängen und Komplemen- tärfarben, die den Farbeindruck ergeben. Abb. 15.2: Sichtbares Spektrum des Lichts (oben) und Komplementär- farbe (unten) Wenn also ein Stoff im Bereiche 430–480nm (blau) absor- biert, dann hat er die Farbe gelborange. Absorbiert er im Bereich 750–780nm (purpur), so erscheint er uns grün. Absorbiert ein Stoff alle Wellenlängen des sichtbaren Be- reichs, so erscheint er uns schwarz. Absorbiert er nur außer- halb von 400nm–750nm, so erscheint er uns weiß. Farbeindruck durch Lichtemission: Stoffe können auch durch Aussendung von elektromagneti- scher Strahlung farbig erscheinen. Auf atomarer Ebene pas- siert folgendes: Elektronen eines Moleküls werden durch Anstrahlen mit elektromagnetischen Wellen (Licht) auf ein energetisch höheres Niveau – ein höheres Orbital – gehoben. In diesem angeregten Zustand verbleiben sie aber nicht lange, sie fallen sofort wieder zurück auf ihr Ausgangsniveau. Bei diesem Zurückfallen geben sie Energie – wiederum in Form von Licht – ab. Elektronen können auf verschiedenen Schalen hin- und her- springen und dabei auch welche auslassen. Die bekannteste Erscheinung von Farbigkeit durch Emission ist die sogenannte Fluoreszenz . Dabei wird Licht mit etwa 20–50nm längerer Wellenlänge praktisch unmittelbar beim Anstrahlen auch wieder abgestrahlt. Fluoreszenz zeigen viele natürliche Mineralien wie z. B. Scheelit (das wichtigste Wolframerz) oder Fluorit (Flussspat). Fluoreszenz-Erschei- nungen finden auch in der Technik vielfältige Anwendun- gen, zB in Textmarkern , als optische Aufheller in Waschmit- teln und Papier, und bei Digitalanzeigen und Displays von Bildschirmen . Hingegen bezeichnet man ein Nachleuchten (auch noch dann, wenn die Strahlungsquelle schon entfernt wurde) als Phosphoreszenz . Phophoreszenzen nutzt man z. B. bei Notausgangs- schildern und Uhrzeigern , die in der Nacht noch einige Stunden weiter- leuchten. Abb. 15.3: Phosphoreszierende Uhrzeiger und Ziffern einer Uhr BC FM Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv