Fluoreszenz < Optik < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
|
Hallo!
Ich möchte einen Vergleich des Fluoreszenzphänomens und dem Phänomen einer farbigen Reflexion vollziehen. Anlass ist die Darstellung eines Farbmoleküls einer roten Rose. Dieses Farbmolekül wird als Potenzialtopf dargestellt, der bei der Bestrahlung mit Tageslicht die Komplementärfarbe (Grün) von Rot absorbiert. Das nicht absorbierte Licht (ohne die grüne Wellenlänge) ergibt aufgrund der fehlenden Grünanteile beim Betrachter den Farbeindruck "rot".
"Leider" wird der Vorgang im Lehrbuch ganz ähnlich der Fluoreszenz (Resonz- und stufenweise) dargestellt. Da stellt sich mir die Frage, wann denn ein Molekül fluoresziert und wann nicht. Und wenn nicht - was passiert dann mit der absorbierten Anregungsenergie?
...und noch eine Frage zu obiger Absorption von "Grün" - müsste der Potenzialtopf nicht auch noch alle Wellen kleiner als Grün absorbieren? (Wobei eine Art Compton-Effekt stattfindet)
Freue mich sehr über Antworten!
|
|
| |
|
| Status: |
(Antwort) fertig  | | Datum: | 12:01 Di 22.11.2016 | | Autor: | leduart |
Hallo
Fluoreszenz tritt doch auf, wenn Licht absorbiert wird und mit einer Zeitverzögerung meist Licht geringerer Energie abgestrahlt wird . Die Objekte , die fluoreszieren leuchten also im Dunkeln.
etwas völlig anderes ist es wenn aus weissem Licht ein Teil absorbiert wird, und der Rest reflektiert, wie bei deiner Rose.
Wenn du von weiss grün wegnimmst ist eben die verbleibende Mischfarbe rot, egal ob du nur grün oder auch noch kleinere Wellenlängen, absorbierst.
Das absorbierte Licht kann reemmittiert werden. aber in alle Richtungen, oder zur Emission anderer Wellenlängen führen, oder z.B zur Freisetzung von Elektronen .wenn Reemmision unmittelbar erfolgt, nennt man es wohl nicht Fluoreszenz.
Das mit dem Comptoneffekt versteh ich nicht, was du meinst.
Aber dein Potentialtopfmodell kenne ich ja nicht genau.
Gruß leduart
|
|
|
| |
|
Hallo Leduart!
Fluoreszenz nennt man es, wenn das Licht niedriger Wellenlänge praktisch sofort wieder ausgestrahlt wird, wenngleich da schon ne winzige Verzögerung auftritt.
Was du meinst, ist Phosphoreszenz. Da gibt es eine merkliche Verzögerung, so daß der Gegenstand nach Abschalten des Lichts meist noch sichtbar nachleuchtet.
Der Mechanismus dahinter ist aber fast gleich, der Unterschied ist, daß Phosphoreszenz ein verbotener Übergang ist, und dementsprechend selten auftritt.
|
|
|
| |
|
Hallo!
Im Prinzip geht beides Hand in Hand.
Erstmal ist es so, daß ein roter Gegenstand alle Farben außer rot schluckt. Das rote Licht, das du siehst, stammt aber aus der ursprünglichen Lichtquelle, und wurde von dem Gegenstand nicht verändert.
Das bedeutet aber eben auch: Bestrahlst du eine Szene mit nur einer einzelnen Farbe, kommt von den Gegenständen auch nur diese eine Farbe zurück - und zwar so viel, wie die Gegenstände davon nicht schlucken. Eine rote Paprika in rotem Licht wird sehr hell sein, eine grüne Paprika wird in einem sehr sehr dunklen Rot, fast schon schwarz zu sehen sein. Aber du wirst kein grün sehen!
Die geschluckte Farbe regt natürlich die Elektronen der Moleküle des Gegenstands an, und sie werden irgendwie wieder in den Grundzustand zurück fallen. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise könnten die Elektronen dermaßen kleinschrittig ihr Energieniveau ändern, daß die gesamte Energie praktisch in Vibration des Moleküls, also letztlich in Wärme umgesetzt wird. Das nennt sich interne Konversion und ist das, was du mit Compton-Effekt meinst. (Allerdings findet Compton praktisch nur im Röntgenbereich, nicht im sichtbaren Bereich statt, und ist ein gänzlich anderer Prozess)
Es ist aber auch möglich, daß Elektronen mit einem größeren Sprung auf ein niedrigeres Niveau gelangen, so wie man das von Atomspektren kennt. Dann sendet das Molekül bestimmte Wellenlängen aus, die normalerweise größer sind, als die ursprünglich geschluckten Wellenlängen.
Und das ist eben Fluoreszenz: Licht kleiner Wellenlänge wird absorbiert, und mit großer(en) Wellenlänge(n) wieder emittiert.
Fluoreszenzeffekte werden daher z.B. sichtbar, wenn wir Gegenstände mit UV bestrahlen. Und Chlorophyll wandelt sichtbares Licht auch in IR von etwa 850nm um, wenngleich wir diese Fluoreszenz natürlich nicht sehen können.
Schau dir nebenbei mal Neon-Farben an. Bestrahlt mit sichtbarem Licht sehen sie ganz normal aus, aber wenn etwas UV dazu kommt, leuchten sie förmlich. Das liegt daran, daß sie unter UV ganz normale Fluoreszenz anzeigen, die emittierte Wellenlänge aber dazu taugt, die Farbe wieder anzuregen. Die meisten Stoffe haben ja nicht grade die Farbe, die sie per Fluoreszenz wieder abgeben.
Noch eine Anmerkung: Der Term Komplementärfarbe ist schwierig. Er gibt ja grundsätzlich an, welche Farben sich gegenseitig auslöschen, so daß bei additiver Farbmischung weiß entsteht (Schwarz gibt es bei subtraktiver Farbmischung ja auch noch...)
Die (bio)physikalischen Grundfarben des Menschen sind rot, grün und blau. Alle drei zusammen ergeben einen weißen Eindruck. Komplementär zu rot ist daher grün+blau=cyan.
Man kann darauf andere Grundfarben aufbauen, z.B. cyan (grün+blau), magenta (blau+rot) und gelb (grün+rot), und hat dann zu gelb die Komplementärfarbe cyan+magenta=grün+2*blau+rot=weiß+blau. Manchmal nennt man auch Farben als komplementär, obwohl sie es von den reinen Farben her nicht sind. Hier spielt dann auch noch die Helligkeit etc. eine Rolle.
Rein physikalisch wird es noch komplizierter: Natriumdampflampen strahlen eine einzige, gelbe Wellenlänge aus. Das Gelb stimuliert die rot- und grün-empfindlichen Zäpfchen im Auge. Das kriegen wir aber auch durch eine Mischung von rein rotem und rein grünem Licht hin, und genau so zeigt dein Monitor gelbe Farbe an. Physikalisch sind das aber zwei verschiedene Dinge.
Aber, ich denke, wir wissen beide, was du mit Komplementärfarbe eigentlich meinst.
(Oh, und das hier ist jetzt was länglich geworden...)
|
|
|
| |
|
Hallo leduart und Even_Horizon,
vielen Dank für die raschen Antworten, insbesondere für die letzte sehr ausführliche..
Ganz klar ist mir nun leider noch nicht, was der Unterschied zwischen
A: eine rote Rose mit rotem Licht bestrahlen
B: einen in rot resonanzfluoreszierenden Stoff mit rotem Licht bestrahlen
ist..
|
|
|
| |
|
..wäre super, wenn mir die obige Frage beantwortet werden könnte, ich stelle sie auch im Namen einiger Schüler, sodass es gleich mehrere Interessenten für die Antwort gibt.
Ergänzung:
Ich habe mir Event_Horizons Beitrag nochmal genauer durchgelesen. Sorry, ich habe da etwas falsch verstanden! Erst mal muss ich meine Mitteilung korrigieren, es geht mir um die Unterscheidung
A: Ein Gegenstand, der grün resonanzfluoresziert,
B: Ein Gegenstand, der bei Tageslicht in der Komplementärfarbe von Grün (laut Dorn-Bader: Rot) erscheint.
Im Dorn-Bader Physik 11/12 Gymnasium G8, Niedersachsen Ausgabe, wird nämlich auf S. 294 der Vorgang im Farbstoffmolekül einer roten Rose so dargestellt, dass [mm] \textit{nur} [/mm] die Komplementärfarbe - Grün - absorbiert wird. Dies steht im Widerspruch zum ersten Teil von Event_Horizont Aussage seiner (ersten) Antwort, nach der alle Farben außer rot absorbiert werden. Wobei ich seine Ausführungen wesentlich plausibler finde, als die im Dornbader..
|
|
|
| |
|
Hallo!
Nochmal zur Farbwahrnehmung:
Ich habe hier ein Foto einer roten Rose:
[Dateianhang nicht öffentlich]
Das Negativ sieht so aus:
[Dateianhang nicht öffentlich]
Man könnte schnell sagen, daß man jetzt eine grüne Blüte mit roten Blättern hat. Aber eigentlich ist die Blüte doch wohl eher turkis bzw. cyan, und die Blätter gehen nun ins lilane, bzw. magenta.
Nun wirst du deinen Schülern erstmal beibringen müssen, daß früher das geschossene Bild nicht sofort auf der Rückseite der Kamera erschien, sondern daß man den Film abgeben, und ein paa Tage später die Bilder abholen konnte. Die Negative gab's ja immer dazu, und da fällt auf: Der Film selbst ist auch nicht farblos, schwarze Flächen bzw unbelichtete Stellen sind braun-orange.
Nun besteht reines Cyan aus 0% Rot, 100% Grün und 100% Blau. Orange ist 100% Rot, 50% Grün und 0% Blau. Vom weißen Licht, das durch das Negativ fällt, frisst das Cyan also das gesamte Rot, und der Film frisst das Blau. Und schwupp - die Rose ist grün:
[Dateianhang nicht öffentlich]
Das ist natürlich nur ein unvollständiges Modell, das Blau darf z.B. nicht vollkommen geschluckt werden - wie will man es für die Abzüge sonst wieder herstellen?
Es zeigt aber auch, daß hier neben einer Invertierung auch noch eine Verzerrung der Farben stattfand - wenn man das übersieht, kommt man vielleicht zum Schluß, daß rot und grün Komplementärfarben sind.
Dazu kommt, daß dann noch jede Menge Designer und Künstler ihre eigene Vorstellung davon haben, was Komplementärfarben sind, obwohl das rein physikalisch nicht stimmt. Vielleicht sind da auch die Autoren deines Physikbuchs einem Fehler aufgesessen.
Und es geht ja noch weiter:
Wie ich bereits angedeutet habe, sichtbares Licht besteht nicht aus drei Farben, sondern aus jeder beliebigen Wellenlänge im Bereich von 400 bis 780nm. Und das menschliche Auge hat drei verschiedene Zäpfchentypen, die für unterschiedliche Bereiche(!) davon empfindlich sind. Farbiges Licht reizt alle drei Typen unterschiedlich stark, und diese Mischung sorgt für den Farbeindruck. Wenn man nun sagt, daß alles außer Rot fehlt, ist das ne ganze Menge. Andererseits bleibt nicht nur eine einzelne Wellenlänge übrig, sondern eben ein schmaler Wellenlängenbereich.
Du siehst, man kann sich da sehr lange drüber unterhalten.
Jetzt nochmal zur Fluoreszenz:
Eine rote Rose schluckt alle anderen Wellenlängen, durch Streuung bzw. Reflexion gelangt nun das rote Licht ins Auge.
Ob die Rose Resonanzlumineszenz macht, ist dabei ziemlich egal. Vielleicht schluckt sie das rote Licht, um es sofort wieder abzugeben, vielleicht reflektiert sie es einfach nur. Die anderen Farben sind weg, das Licht erscheint nunmal rot.
Interessant wird es bei einem roten Glasblock. Auch der schluckt alle anderen Farben. Aber falls er mit Rot Resonanzlumineszenz macht, wird der ganze Block aus allen Blickrichtungen leuchten, da das Licht in alle möglichen Richtungen wieder abgegeben wird. Falls er keine Resonanzlumineszenz macht, wird ein einfallender, weißer Lichtstrahl einfach zu einem roten Lichtstrahl, ohne, daß der ganze Block leuchtet.
Natriumdampf macht das übrigens: Eine Natriumdampflampe strahlt 589nm aus. Lässt man weißes Licht durch Natriumdampf fallen, fehlt hinterher genau diese Wellenlänge. Die wurde vom Dampf in alle Richtungen verteilt.
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: jpg) [nicht öffentlich]
Anhang Nr. 2 (Typ: jpg) [nicht öffentlich]
Anhang Nr. 3 (Typ: jpg) [nicht öffentlich]
|
|
|
| |
|
Vielen Dank Event_Horizon für die umfassenden Ausführungen und die schönen Bilder! Gute Idee mit dem Negativ für die Komplementärfarbe!
..es ist mir zwar unangenehm, aber ich habe immer noch eine Frage - und zwar:
Wenn die Komplementärfarbe Cyan hier den absorbierten Teil des Tageslichts darstellt, so müsste doch eigentlich das Cyan resultierende Farbe beim Betrachter aus vielen absorbierten Wellenlängen sein.
Denn wenn hier - laut Schulbuch - nur eine Wellenlänge minimaler Energie, [mm] $\lambda_{max}$ [/mm] vom Farbstoffmolekül absorbiert werden würde, so müssten ja auch alle Wellenlängen [mm] $\lambda<\lambda_{max}$ [/mm] absorbiert werden, denn diese haben ja auch genügend Energie. Die überschüssige Energie könnte dann entweder die Elektronen/das Molekül noch höher anregen oder die überschüssige Energie resultiert in einer Art Compton-Effekt in langwelligem Licht, welches bereits unterhalb von 780 nm liegt.
Demnach wäre es irreführend von "einer bestimmten" absorbierten Wellenlänge zu sprechen, zu dem wäre dies ja nur eine dünne (bis auf die Unschärferelation) scharf bestimmte Lücke im Spektrum und dürfte für den Gesamtfarbeindruck kaum ins Gewicht fallen.
Richtig?
|
|
|
| |
|
Hallo!
> ...es ist mir zwar unangenehm, aber ich habe immer noch eine Frage - und zwar:
Wer nicht fragt, bleibt dumm 
> Wenn die Komplementärfarbe Cyan hier den absorbierten Teil des Tageslichts darstellt, so müsste doch eigentlich das Cyan resultierende Farbe beim Betrachter aus vielen absorbierten Wellenlängen sein.
Ja, das ist richtig. Wie gesagt, man kann das gesamte Farbspektrum mit seinen unendlich vielen Wellenlängen auf drei Grundfarben 'runterbrechen. Mit diesen dreien zu hantieren, funktioniert ziemlich gut, sonst könnte man nicht alle Farben aus einigen wenigen mischen. Die meisten Säugetiere haben nur zwei Grundfarben, Vögel zusätzlich zu Rot, Grün und Blau noch UV. Deren Farbwahrnehmung ist also anders, und damit deren Konzept der Farbmischungen.
Man sollte immer im Hinterkopf halten, daß das mit den Grundfarben physiologische Gründe hat, und das es in Wirklichkeit unendlich viele Wellenlängen gibt.
> Denn wenn hier - laut Schulbuch - nur eine Wellenlänge minimaler Energie, $ [mm] \lambda_{max} [/mm] $ vom Farbstoffmolekül absorbiert werden würde, so müssten ja auch alle Wellenlängen $ [mm] \lambda<\lambda_{max} [/mm] $ absorbiert werden, denn diese haben ja auch genügend Energie. Die überschüssige Energie könnte dann entweder die Elektronen/das Molekül noch höher anregen oder die überschüssige Energie resultiert in einer Art Compton-Effekt in langwelligem Licht, welches bereits unterhalb von 780 nm liegt.
> Demnach wäre es irreführend von "einer bestimmten" absorbierten Wellenlänge zu sprechen, zu dem wäre dies ja nur eine dünne (bis auf die Unschärferelation) scharf bestimmte Lücke im Spektrum und dürfte für den Gesamtfarbeindruck kaum ins Gewicht fallen.
>Richtig?
Wenn du dir das Absorptionsspektrum von chemischen Elementen ansiehst, wirst du feststellen, daß da in der Tat nur ganz bestimmte Wellenlängen fehlen. Die entsprechen eben genau den Differenzen der Energieniveaus der Elektronen in der Hülle.
Durch quantenmechanische Effekte fehlt nicht genau eine Wellenlänge, sondern immer ein Wellenlängenbereich, aber der ist so schmal, daß du das hier erstmal getrost ignorieren kannst. Der Farbeindruck wird daher in der Tat kaum beeinflusst.
Schau dir vielleicht mal die ![[]](/images/popup.gif) Fraunhofer-Linien an. Die Sonne leuchtet wegen ihrer hohen Temperatur, also als schwarzer Körper, die verschiedenen Elemente erzeugen aber für eine extrem hohe Anzahl an Absorptionslinien.
Sobald es um Moleküle geht, wird die Sache komplizierter. Es gibt zusätzliche Energieniveaus, und die Wellenlängenbereiche werden insgesamt breiter, es gibt regelrechte Absorptions-Bänder.
Es ist aber falsch zu sagen, daß immer auch alle Wellenlängen mit $ [mm] \lambda<\lambda_{max} [/mm] $ absorbiert werden. Wie könnte ein Blatt sonst grün sein, wenn es neben Rot auch Blau absorbiert? Grün liegt energetisch genau dazwischen!
Chlorophyll absorbiert einen weiten Bereich im roten und blauen Bereich, aber auch nicht alles, und nicht alles gleich stark. Den Bereich von 500 bis 600nm lässt es aber weitgehend in Ruhe, und das ist grade der grüne Bereich.
|
|
|
|
![[]](https://de.wikipedia.org/wiki/Chlorophylle#/media/File:Chlorophyll_spectrum.png){kind=small}
Chlorophyll