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Allgemeine Chemie Fragen zur Chemie, die ihr nicht in eines der Fachforen einordnen könnt, gehören hierher.

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Alt 12.05.2008, 13:16   #1   Druckbare Version zeigen
Physi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 49
Cool Molekülstruktur und Farbe

Hallo zusammen!

Ich soll in Chemie einen Vortrag über den Zusammenhang von Molekülstruktur und Farbe halten. Dazu habe ich ein paar Fragen:

  • Bestimmtes Licht (also bestimmter Wellenlänge) wird ja von den Molekülen absorbiert.

    Wird dann jeweils das Licht absorbiert, dass die Elektronen des Moleküls in einen angeregten Zustand versetzen kann?
    Anderes Licht ist dann eben nicht energiereich genug -- > keine Absorption ?



  • In meinem Schulbuch steht folgendes: "Die Elektronen nicht bindender Elektronenpaare, besonders aber Elektronen in Doppelbindungen, sind durch Lichtquanten geringerer Energie anregbar. Beispiel: Ethen : Absorption von Wellenlängen um 190nm. Strahlung dieser Wellenlänge liegt nicht im sichtbaren Bereich weshalb diese Verbindungen farblos sind... "

    Ich verstehe nicht ganz, warum diese Verbindungen dann farblos sind? Ich mein, sie absorbieren zwar unsichtbares Licht, aber sie könnten doch dann jegliches anderes Licht reflektieren, somit müsste doch eine Farbe erscheinen?



  • Und nun noch ein weiteres Zitat aus meinem Buch: "Je länger das konjungierte Doppelbindungssystem eines Moleküls wird, desto mehr verschiebt sich das Absorptionsmaximum in den Bereich des sichtbaren Lichts. Die Ursache dafür liegt darin, dass mit steigender Molekülgröße die Abstände zwischen den Energieniveaus der Doppelbindungselektronen immer kleiner werden. Damit nimmt die Energiedifferenz zwischen dem höchsten mit Elektronen besetzten Energieniveau und dem energetisch niedrigsten unbesetzten Energieniveau ab, sodass die Energie der zur Anregung von Elektronen benötigten Strahlung geringer wird"

    Den Fettgedruckten Teil, also die Ursache verstehe ich überhaupt nicht.Könnte mir da jemand vielleicht helfen?



Wäre euch sehr verbunden, wenn ihr mir helfen würdet.

Vielen Dank
Physi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.05.2008, 14:22   #2   Druckbare Version zeigen
bm  
Moderator
Beiträge: 54.171
AW: Molekülstruktur und Farbe

Zitat:
Bestimmtes Licht (also bestimmter Wellenlänge) wird ja von den Molekülen absorbiert.

Wird dann jeweils das Licht absorbiert, dass die Elektronen des Moleküls in einen angeregten Zustand versetzen kann?
Anderes Licht ist dann eben nicht energiereich genug -- > keine Absorption ?
Korrekt. Was absorbiert wird fehlt. Man sieht die Komplementärfarbe.

Zitat:
In meinem Schulbuch steht folgendes: "Die Elektronen nicht bindender Elektronenpaare, besonders aber Elektronen in Doppelbindungen, sind durch Lichtquanten geringerer Energie anregbar. Beispiel: Ethen : Absorption von Wellenlängen um 190nm. Strahlung dieser Wellenlänge liegt nicht im sichtbaren Bereich weshalb diese Verbindungen farblos sind... "
Der sichtbare Bereich liegt von 400 nm (violett) - 800 nm (rot). Darunter liegt das Ultraviolett (UV), darüber das Infrarot. Beide Bereiche sind nicht sichtbar. Wird da etwas absorbiert, merkt es das Auge nicht.
bm ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.05.2008, 18:43   #3   Druckbare Version zeigen
Physi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 49
AW: Molekülstruktur und Farbe

und wie sieht es mit dem dritten teil aus:
  • Und nun noch ein weiteres Zitat aus meinem Buch: "Je länger das konjungierte Doppelbindungssystem eines Moleküls wird, desto mehr verschiebt sich das Absorptionsmaximum in den Bereich des sichtbaren Lichts. Die Ursache dafür liegt darin, dass mit steigender Molekülgröße die Abstände zwischen den Energieniveaus der Doppelbindungselektronen immer kleiner werden. Damit nimmt die Energiedifferenz zwischen dem höchsten mit Elektronen besetzten Energieniveau und dem energetisch niedrigsten unbesetzten Energieniveau ab, sodass die Energie der zur Anregung von Elektronen benötigten Strahlung geringer wird"
    Den Fettgedruckten Teil, also die Ursache verstehe ich überhaupt nicht.Könnte mir da jemand vielleicht helfen?
Physi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.05.2008, 18:46   #4   Druckbare Version zeigen
bm  
Moderator
Beiträge: 54.171
AW: Molekülstruktur und Farbe

Das ist korrekt. Was verstehst Du nicht?
bm ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.05.2008, 19:37   #5   Druckbare Version zeigen
Physi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 49
AW: Molekülstruktur und Farbe

ja das es korrekt ist weiß ich auch, aber was da drin steht weiß ich nicht trotzdem danke ^^

Ich fasse mal zusammen:

Je mehr Doppelbindungen ich habe (oder was ist mit konjung. Doppelbindungssystem gemeint? etwa: je mehr doppel und einfach bindungen ich im wechsel habe? ) desto mehr verschiebt sich das Absorptionsmaximum in den Bereich des sichtbaren Lichts.

Ja generell versteh ich einfach den Satz nicht:

Die Ursache dafür liegt darin, dass mit steigender Molekülgröße die Abstände zwischen den Energieniveaus der Doppelbindungselektronen immer kleiner werden. Damit nimmt die Energiedifferenz zwischen dem höchsten mit Elektronen besetzten Energieniveau und dem energetisch niedrigsten unbesetzten Energieniveau ab, sodass die Energie der zur Anregung von Elektronen benötigten Strahlung geringer wird.


Warum werden die Abstände der Energieniveaus immer kleiner?
Was ist mit den Energieniveaus hier überhaupt gemeint? In welchem Orbital sich das Elektron befindet?
Und warum nimmt die Energiedifferenz dann ab...


Wäre lieb wenn mir jemand einfach den Text ein bisschen erläutern könnte...
Physi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.05.2008, 19:38   #6   Druckbare Version zeigen
Keira weiblich 
Mitglied
Beiträge: 765
AW: Molekülstruktur und Farbe

Ich versuch mal, das etwas zu vereinfachen.

Für die Emission von farbigem Licht (gemeint ist sichtbares Licht) sind leicht anregbare Elektronen nötig. In einem konjugiertem Doppelbingungssystem von min. 9 Doppelbindungen (Beispiel: ß-Carotin) sind die Elektronen leichter anregbar als z. B. bei Ethan, das ja nur Einfachbindungen enthält. Zudem ist ein Molekül "farbiger", je mehr freie Elektronenpaare vorhanden sind. Wenn ein Molekül relativ einfach anzuregen ist, bedeutet dies, dass energieärmeres (= langwelligeres) Licht ausreicht.

Begründet werden kann dies noch mit HOMO und LUMO (highest occupied molecular orbital / lowest unoccupied molecular orbital), also den Energieniveaus. Kennst du solche Abbildungen mit energieniveaus bezüglich der Farbigkeit von Stoffen? Lieder weiß ich nicht, in welcher Jahrgangsstufe welcher Schulform du bist oder ob du Auszubildener bist oder ob du studierst o. Ä.. Bitte ergänze dein Profil um diese angabe, dann kann dir genauer geholfen werden
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Alt 12.05.2008, 19:45   #7   Druckbare Version zeigen
Keira weiblich 
Mitglied
Beiträge: 765
AW: Molekülstruktur und Farbe

Oh, da war ich leider wieder etwas zu langsam beim schrieben und "Phsyi" ist mir zuvorgekommen...

Zitat:
Zitat von Physi Beitrag anzeigen
Je mehr Doppelbindungen ich habe (oder was ist mit konjung. Doppelbindungssystem gemeint? etwa: je mehr doppel und einfach bindungen ich im wechsel habe? ) desto mehr verschiebt sich das Absorptionsmaximum in den Bereich des sichtbaren Lichts.
Genau.

Zitat:
Warum werden die Abstände der Energieniveaus immer kleiner?
Was ist mit den Energieniveaus hier überhaupt gemeint? In welchem Orbital sich das Elektron befindet?
Und warum nimmt die Energiedifferenz dann ab...
Lies mal diesen Ausschnitt aus wikipedia:

Zitat:
Chemisch-Physikalische Eignung von Molekülen [Bearbeiten]Treten in den betrachteten Molekülen oder Atomen nur einfache σ-Bindungen auf, so ist die Energie, die benötigt wird um die entsprechenden σ-Elektronen auf ein höheres energetisches Niveau zu heben zu groß, als dass es zu einer Niveauerhöhung durch den sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums kommen könnte. Im Allgemeinen findet hier eine Absorption im Bereich des UV-Lichtes oder der Röntgenstrahlung statt, so dass diese Art Verbindungen normalerweise als Farbstoff ungeeignet sind. Leichter gelingt die Anregung der Elektronen, die in so genannten π-Bindungen, z. B. ungesättigten Bindungen, auftreten. Diese absorbieren schon elektromagnetische Wellen im Bereich des langwelligen UV-Bereichs.

Arrangiert man mehrere solche ungesättigten Bindungen (Mehrfachbindungen) abwechselnd mit einfachen Atombindungen, so kommt es zu einer Delokalisierung der π-Elektronen, wodurch der Abstand zwischen dem angeregten und dem Grundzustand noch einmal verringert wird. Dem entspricht eine Verschiebung der absorbierten Wellenlängen hin zu größeren Wellenlängen. Im Allgemeinen gilt hierbei, dass der Absorptionsbereich umso mehr nach oben verschoben wird, je größer die Anzahl dieser ungesättigten Bindungen ist. Eine weitere Anhebung kann erreicht werden, indem derlei Stoffe mit besonders geeigneten anderen Atomgruppen oder Atomen kombiniert werden, die als Elektronenakzeptoren oder Elektronendonatoren fungieren und/oder mesomeriefähig sind.
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Farbstoff#Chemisch-Physikalische_Eignung_von_Molek.C3.BClen
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Alt 12.05.2008, 20:22   #8   Druckbare Version zeigen
Physi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 49
AW: Molekülstruktur und Farbe

Zitat:
Oh, da war ich leider wieder etwas zu langsam beim schrieben und "Phsyi" ist mir zuvorgekommen...
hehe

Ja gut, der Artikel hilft mir ein wenig weiter...

Warum sind denn Elektronen von Doppelbindungen bzw. π-Bindungen leichter anregbar als von Einzelbindungen?
Warum hat man bei einem delokalisierten System eine leichtere Anregung?

Irgendwie verstehe ich den Zusammenhang von den Bindungen und Energieniveaus nicht...das dürfte vielleicht mein Problem sein?
Physi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.05.2008, 21:22   #9   Druckbare Version zeigen
Keira weiblich 
Mitglied
Beiträge: 765
AW: Molekülstruktur und Farbe

Zitat:
Zitat von Physi Beitrag anzeigen
hehe
Warum sind denn Elektronen von Doppelbindungen bzw. π-Bindungen leichter anregbar als von Einzelbindungen?
Warum hat man bei einem delokalisierten System eine leichtere Anregung?

Irgendwie verstehe ich den Zusammenhang von den Bindungen und Energieniveaus nicht...das dürfte vielleicht mein Problem sein?
Ich wiederhole mich: bitte ergänze doch dein Profil und gib an, ob du Schüler, Auszubildener, Student, ... bist. Dann wissen die anderen und ich, wie ausfürhlich wir antworten sollten und was du vermutlich schon weißt/wissen solltest.
Ich erinnere mich, dass wir mal diese ganzen Orbitalmodelle aufgezeichnet und besprochen haben, aber so ganz genau kann ich dir das jetzt gerade nicht sagen... ist das für dich nötig, brauchst du das für den Unterricht o. Ä. oder ist dass eher allgemein eine Frage aus Interesse, genauer Bescheid zu wissen?
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Alt 13.05.2008, 01:01   #10   Druckbare Version zeigen
Physi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 49
AW: Molekülstruktur und Farbe

Klassenstufe 13

Orbitalmodelle: leider ein bisschen verschlafen

Status: aus Interesse
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Alt 14.05.2008, 11:43   #11   Druckbare Version zeigen
Physi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 49
AW: Molekülstruktur und Farbe

ich denke jetzt könnte mir jmd. helfen?
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Alt 14.05.2008, 13:49   #12   Druckbare Version zeigen
Keira weiblich 
Mitglied
Beiträge: 765
AW: Molekülstruktur und Farbe

Nur nicht hetzen

Durch google habe ich zwei Seiten gefunden, die meiner Meinung nach hilfreich sind.

http://www.u-helmich.de/che/13/farbe/01/seite1-02.html
Unter Punkt 2.3 findest du was zu HOMO und LUMO, ein Schaubild und eine kurze Erklärung.

http://www.schulemachtzukunft2007-068.de/hintergrundwissen/grundlagenderfarbigkeit/grundlagenderfarbigkeit.html

Dies ist nochmal eine ganz gute Zusammenfassung zur Farbigkeit und es wird auch erklärt, warum Doppelbindungen einfacher anzuregen sind als Einfachbindungen.

Also, schau dir mal die beiden Seiten an; ich denke, dann wird alles verständlicher. Wenn nicht, kannst du natürlich nochmal nachfragen, dann beschäftige ich mich nochmal näher mit dem Thema
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Alt 15.05.2008, 18:56   #13   Druckbare Version zeigen
Physi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 49
AW: Molekülstruktur und Farbe

gut, vielen dank

ich habe zwar nicht so viel verstanden von der ersten Seite (www.u-helmich...) aber der entscheidende Satz war für mich:

Zitat:
Die Anzahl der π-MOs nimmt mit jedem sp2-hybridisierten C-Atom zu. Der Abstand zwischen dem HOMO und dem LUMO wird daher immer geringer. Das für den Übergang HOMO - LUMO notwendige Licht ist somit immer energieärmer und langwelliger. Bei 9 konjugierten Doppelbindungen (also 18 sp2-hybridisierten C-Atomen) wird zum ersten Mal sichtbares Licht absorbiert.

Und den Satz hier versteh ich nicht : Die Anzahl der π-MOs nimmt mit jedem sp2-hybridisierten C-Atom zu. Der Abstand zwischen dem HOMO und dem LUMO wird daher immer geringer.

pi orbitale und sp2-Hybridisierungen? hab ich mal gehört, aber könnte mir das jemand mal hier in einen Zusammenhang einordnen? Und warum wird der Abstand immer geringer?



Vielen Dank für die Hilfe schonmal !
Physi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.05.2008, 19:24   #14   Druckbare Version zeigen
Keira weiblich 
Mitglied
Beiträge: 765
AW: Molekülstruktur und Farbe

Zitat:
Zitat von Physi Beitrag anzeigen
pi orbitale und sp2-Hybridisierungen?
Es gibt sigma- und pi-Orbitale. Das hängt mit den Bindungsarten zusammen; Einfachbindungen sind sigma-Bdg., Doppelbindungen sind pi-Bdg.

Das mit der Hybridisierung kann ich jetzt (leider) nicht einfach mit zwei Sätzen erklären; bei wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Hybrid-Orbital) findet man einen Artikel, der auch zwei Schaubilder enthält, die die unterschiedlichen Hybridisierungen darstellen, so z. B. sp²- und sp³-Hybridisierungen.

Bist du im Chemie-GK oder LK? Wir haben die Hybridisierungen in der 11. und/oder 12. ausführlicher behandelt, in Bezug auf Farbigkeit reichte es bei uns in Jg. 13 (wir waren sowas wie ein "GK", offiziell gibt's das ja nicht mehr in Nds.), wenn wir das wussten, was in etwa auf den von mir angegebenen Seiten stand - also dass pi-Bindungen leichter anzuregen sind als sigma-Bindungen etc.

[Hier kannst du auch noch mal einen Blick drauf werfen, das ist aber ausführlicher und tiefgehender, vielleicht daher nicht auf Anhieb leicht verständlich. http://de.wikipedia.org/wiki/Molek%C3%BClorbitaltheorie#Das_Molek.C3.BClorbital_der_Doppelbindung ]
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Keira ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.05.2008, 10:52   #15   Druckbare Version zeigen
Physi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 49
Frage AW: Molekülstruktur und Farbe

gut! vielen dank Keira für deine ausführliche Hilfe !

1)Noch eine Frage: Was bezeichnet man als CHromophor?
Im Internet steht einmal, dass man bestimmte Atome so bezeichnet, die für die Farbigkeit verantwortlich sind, und ein anderes mal, dass es das gesamte konjugierte Doppelbi.system ist.

Also bei Cyaninen: Ist es da das freie Elektronenpaar am Stickstoffatom oder ist das Chromophor das gesamte konj. Doppelbindungssystem, also einfach alle Bindungen samt freiem Elektronenpaar?

2) Und doch noch eine weitere zum Thema Bathochromie:

Egal ob ich zusätzlich einen -M-Effekt ODER einen +M-Effekt an einem Molekül habe (also jetzt nur mal eines von beidem) habe ich immer eine Vergrößerung des Chromophors und somit einer längerwellig verschobene Absorption?


Und wenn ich jetzt an beiden Enden eines Moleküls einmal einen +M-Effekt habe , und einmal einen -M-Effekt habe, dann verstärkt sich das Chromophor nochmals, richtig?
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