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Alt 12.09.2006, 19:23   #1   Druckbare Version zeigen
liederwieorkane Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 38
Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Hallo!
Ich bin im Chemie GK (13) und wir behandeln im Moment die Farbstoffchemie, besonders die damit verbundenen Anregungsprozesse.

Gemäß dem "Pi-System" gibt ja jede (vermeintliche) Doppelbindung ein Elektronenpaar frei, das dann durch Lichtwellen beispielsweise angeregt werden kann. Nachdem ich mich jetzt stundenlang mit diesen Orbitalen, die m.E. dem einfachen Schalenmodell recht ähnlich sind,beschäftigt habe, bleibt immernoch mindestens eine Frage aus.

Klar, die "Pi-Elektronen" der jeweiligen Doppelbindungen müssen bereits die höchste Energiestufe (Schale,Orbitale) innerhalb des Atoms belegen/besetzen. Jetzt hat unser Lehrer das ganze aber so dargestellt, als würden die "Pi-Elektronen" aller Doppelbindungen gemeinsam angeregt. Exemplarisch hat er uns nämlich ein Diagramm mit den Energiestufen n=1-... aufgezeichnet, bestehend aus 8 "Pi-Elektronen". Gemäß der Pauli - Regel, die auch wieder auf die "Pi-Elektronen" in ihrer Gesamtheit bezogen wurde, waren also jetzt die Energiestufen 1-4 mit jeweils 2 Elektronen besetzt. Bei 8 solcher Elektronen müssen jedoch 4 Doppelbindungen beteiligt sein und somit 8 C-Atome mit ihrer jeweils eigenen Atomhülle. Wie können also alle 8 Elektronen in ein gesonderdes Diagramm/Modell mit aufsteigenden Energiestufen eingeordnet werden, wo sie doch eigentlich fest gebunden ihre jeweilige Stufe/Orbitale im "heimischen" Atom einnehmen. Hat das zur Konsequenz, was ich mir eigentlich kaum vorstellen kann, dass alle "Pi-Elektronen" eines Farbstoff-Moleküls ein eigenes, seperates Schalenmodell bilden?! Außerdem müssten die jeweiligen Elektronen (aus einem Farbstoffmolekül) durch die Anregung doch alle auf ähnliche Energieniveaus, und nicht von n=1-4 auf unterschiedliche, angehoben werden, da der Farbstoff doch nur bei Absorption ähnlicher Wellenlängen seinen Wirkung entfaltet oder? Ich hätte nämlich jetzt, entgegen den Darstellungen unseres Lehrers, gedacht, dass JEDES "Pi-Elektron" EINZELN im Rahmen der Position in der eigenen C - Elektronenhülle angeregt würde.

Vielen Dank für eure Hilfe....
liederwieorkane ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.09.2006, 21:58   #2   Druckbare Version zeigen
bm  
Moderator
Beiträge: 54.171
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

pi-Elektronen sind "delokalisierte Elektronen". Das heisst, mehrere Atome bilden auf ihren Atomorbitalen gemeinsame Molekülorbitale.

Schau mal unter dem Stichwort MO-Theorie. http://de.wikipedia.org/wiki/Molek%C3%BClorbital

Ich weiss, das ist nicht besonders anschaulich. Arbeite Dich trotzdem mal durch.

Weitere Fragen? Gerne!
bm ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 13.09.2006, 14:19   #3   Druckbare Version zeigen
ehemaliges Mitglied  
nicht mehr Mitglied
Beiträge: n/a
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Nein, es wird nicht jedes pi-Elektron angeregt. Es werden nur die Elektronen vom höchsten besetzten Orbital (highest occupied molecular orbital = HOMO) in das niedrigste unbesetzte Orbital (lowest unoccupied MO = LUMO) angeregt. Die Lücke zwischen den HOMOs und LUMOs gibt die Anregungsenergie und damit indirekt die Farbe des Stoffes an.
Die Lücke wird umso enger, je mehr pi-Elektronen das System aufweist, genaue Berechnungen dazu sind allerdings schwierig bis unmöglich.
Ausserdem solltest du dich m.E. von dem Schalenmodel lösen, das bringt dir in diesem Zusammenhang nicht viel. Ein Orbital ist zunächst mal nur ein mathematisches Konstrukt, welches aus den genäherten Lösungen der Schrödingergleichung folgt und damit für größere Systeme höchstens genähert "wahr". So einfach, wie es Lehrer im Allgemeinen darzustellen pflegen sind die Dinge nämlich nicht...

Gruß, Honk
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Alt 13.09.2006, 15:50   #4   Druckbare Version zeigen
JoWi Männlich
Mitglied
Beiträge: 479
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

vielleicht ist die frage etwas blöd formuliert, aber: wie lang dauert das,vom eintreffen des photons bis die HOMO-Elektronen zu LUMO-Elektronen werden.
oder kann man das so nicht fragen?
JoWi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 13.09.2006, 16:49   #5   Druckbare Version zeigen
BU Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.504
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Doch, das ist eine gescheide Frage.

Der Elektronenübergang dauert 10-16 s.

Die Deaktivierung je nach Art der Übergänge 10-2 s bis 10-12 s.
Dabei ist die Fluoreszens mit 10-2 bis 10-4 s am längsten,
die Fluoreszens mit 10-5 bis 10-9 s kürzer, IC (internal conversion, strahlungslos) 10-12 s.
ISC (intersystem crossing, strahlungslos) 10-5 bis 10-12 s.



Geschwindigkeitskonstanten ( k = 1/t) : http://www.biologie.uni-erlangen.de/botanik1/photobiologie/kapitel_2.htm

Geändert von BU (13.09.2006 um 16:58 Uhr)
BU ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 13.09.2006, 19:52   #6   Druckbare Version zeigen
bm  
Moderator
Beiträge: 54.171
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Zitat:
Zitat von bu
Dabei ist die Fluoreszens mit 10-2 bis 10-4 s am längsten,
die Fluoreszens mit 10-5 bis 10-9 s kürzer, IC (internal conversion, strahlungslos) 10-12 s.
Phosphorenszenz.
bm ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 13.09.2006, 20:15   #7   Druckbare Version zeigen
JoWi Männlich
Mitglied
Beiträge: 479
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

aah, vielen dank!
JoWi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 09.05.2010, 13:11   #8   Druckbare Version zeigen
d3rd3vil  
Mitglied
Beiträge: 23
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Schönen guten Tag

Ich muss in meiner Abitur Präsentation in Physik das Absorptionsspektrum von Cyaninfarbstoffen mit Hilfe des einfachen Potentialtopfmodells erklären.

Dürfte ich 2 Fragen in diesem thread stellen? Wäre nett, wenn mir da jemand helfen könnte

Hier zuerst mal das Farbstoffmolekül, mit PP2007 zusammengebaut:

Anhang

Nun hat man hier in diesem Fall 5 Kohlenstoffatome und 2 Stickstoffatome. Das rechte Stickstoffatom ist positiv geladen, das linke ist neutral. Reicht es nun zu sagen, dass die Pi-Elektronen bei den Stickstoffatomen einfach abprallen und somit eben als Wände des Potentialtopfes dienen? Weil eigentlich müssten die Elektronen doch vom negativ geladenen Stickstoffatom abgestoßen werden und vom neutral geladenen z.B. aufgenommen werden?

Weiterhin lautet die wichtigste Frage: woran sieht man hier, dass 8 Pi-Elektronen vorhanden sind? Von welchen Atomen werden die wozu abgegeben?

Ich danke Euch schon mal vielmals

Grüße
d3rd3vil

Edit: Sry, ist jetzt korrekt hochgeladen
Angehängte Grafiken
Dateityp: jpg Fertiges Molekül mit j = 1.jpg (30,8 KB, 7x aufgerufen)

Geändert von d3rd3vil (09.05.2010 um 13:17 Uhr)
d3rd3vil ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 09.05.2010, 13:15   #9   Druckbare Version zeigen
bm  
Moderator
Beiträge: 54.171
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Hochladen von Bildern/Graphiken :

http://www.chemieonline.de/forum/attachment.php?attachmentid=10714&d=1193602209

Upload-dienste bereiten in der Regel Schwierigkeiten. Aussendem sollen die uploads dauerhaft hier eingebunden werden. Bitte auf CO-Server laden. Danke.
bm ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.05.2010, 18:19   #10   Druckbare Version zeigen
d3rd3vil  
Mitglied
Beiträge: 23
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Push bitte, ich brauch Hilfe bis spätestens Mittwoch Ich muss meine Präsentation leider zum Ende bringen
d3rd3vil ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 11.05.2010, 08:26   #11   Druckbare Version zeigen
FK Männlich
Moderator
Beiträge: 60.898
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Das Elektronensystem setzt sich zusammen aus 3 pi-Elektronenpaaren (von den Doppelbindungen) und einem freien Elektronenpaar eines N-Atoms.
Hilft dieses evtl.: http://www.ipc.uni-karlsruhe.de/download/A50_2010.pdf

Gruß,
Franz
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FK ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 11.05.2010, 09:40   #12   Druckbare Version zeigen
d3rd3vil  
Mitglied
Beiträge: 23
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Danke, das mit den Pi-Elektronen reicht schon so grob

Bei dem pdf welches du gepostet hast, wird das hier gezeigt (Anhang):

Außerdem heißt es am Ende für die Länge des Potentialtopfes, L=(2*j+1)*d!

Wo laufen denn die Elektronen lang? Wenn sie durch die Stickstoffatome und die Kohlenstoffatome laufen, dann rechne ich doch 5*140pm (Kohlenstoffatomdurchmesser) + 2*130pm(Stickstoffatomdurchmesser)! Da kommt dann 960pm raus und der Farbstoff würde ca. 338nm absorbieren. Offiziell absorbiert der Farbstoff mit diesen 5 Kohlenstoffatomen aber ca. 530nm.

Also muss ich auf ne Moleküllänge (für den Potentialtopf) von ca. 1200pm kommen! Nur wie denn? Was kommt neben den Atomdurchmessern noch hinzu? Kommen noch die Wasserstoffdurchmesser hinzu? Das wären dann 3 mal 50pm, würde auch nicht reichen

Man muss doch irgendwie ne gescheite Länge nehmen können um auf 1200pm zu kommen?!

Gruß
Max
Angehängte Grafiken
Dateityp: png Krempel.png (30,1 KB, 4x aufgerufen)
d3rd3vil ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.05.2010, 20:27   #13   Druckbare Version zeigen
d3rd3vil  
Mitglied
Beiträge: 23
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Ok ich habs jetzt scheinbar endlich rausgefunden, mit Hilfe des Physikbuchs Metzler!

Dort heißt es, die Elektronen laufen zwar grob von Stickstoffatom zu Stickstoffatom, aber auch etwas darüber hinaus! Man kann also bei dem Cyaninfarbstoffmolekül mit 5 C-Atomen erstmal von einer von 140pm mal 5 ausgehen! Also 700nm! Zusätzlich addiert man dann nochmal grob 140pm dazu (2 mal, auf beiden Seiten), was man jedoch mit einem Faktor multipliziert, welcher von 1,5 bis 2,5 variieren kann. In diesem Fall, bei den Cyaninfarbstoffen, kann man gut ca. 1,8 als Faktor nehmen!

Man hat dann also als Länge grob:

a = 140pm * 5 + 2 * 140pm * 1,8!

Dann kommt man auf grob 1200pm und einer absorbierenden Wellenlänge von 530nm, was wohl stimmt

Ich danke trotzdem allen, hauptsächlich O'Neill, die mir bei diesen Problemen geholfen haben! Gott segne Euch

Gruß
Max
d3rd3vil ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.05.2010, 20:51   #14   Druckbare Version zeigen
FK Männlich
Moderator
Beiträge: 60.898
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Ich habe mal im Williams-Fleming nachgeguckt.
Dort steht, dass die Kastenlänge um eine durchschnittliche Bindungslänge über jedes Ende des Chromophors hinausragt, un dass man damit bei Cyaninen gut passende Ergebnisse erzielt.

Gruß,
Franz
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FK ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.09.2010, 16:15   #15   Druckbare Version zeigen
Klumbi weiblich 
Mitglied
Beiträge: 36
AW: Farbstoffchemie -> Anregungsprozesse

Huhu,
ich habe eine Frage zu der "immer enger werdenden Lücke zwischen HOMO und LUMO". Kann man denn irgendwie vereinfacht begründen, warum die Lücke mit zunehmender Pi-Elektronen-Anzahl (oder auch mit dem Anfügen von auxochromen bzw. antiauxochromen Gruppen) kleiner wird?

Zitat:
Zitat von Honk Beitrag anzeigen
Nein, es wird nicht jedes pi-Elektron angeregt. Es werden nur die Elektronen vom höchsten besetzten Orbital (highest occupied molecular orbital = HOMO) in das niedrigste unbesetzte Orbital (lowest unoccupied MO = LUMO) angeregt. Die Lücke zwischen den HOMOs und LUMOs gibt die Anregungsenergie und damit indirekt die Farbe des Stoffes an.
Die Lücke wird umso enger, je mehr pi-Elektronen das System aufweist, genaue Berechnungen dazu sind allerdings schwierig bis unmöglich.
Außerdem wollte ich gerne fragen, weshalb es die Einteilung in antiauxochrome (-M) und auxochrome (+M) Gruppen gibt, wenn doch beide eine bathochrome Verschiebung verursachen? Ist dies nur notwendig, um zu beschreiben, dass ein Zusammenwirken von auxochromer und antiauxochromer Gruppe an einem Molekül einen stärkeren bathochromen Effekt verursacht als z.B. zwei auxochrome Gruppen an einem Molekül?


Vielen Dank schonmal
Klumbi
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