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Farbstoffmoleküle – Was macht Moleküle farbig?

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Die Autor*innen
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Chemie-Team
Farbstoffmoleküle – Was macht Moleküle farbig?
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Farbstoffmoleküle – Was macht Moleküle farbig? Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Farbstoffmoleküle – Was macht Moleküle farbig? kannst du es wiederholen und üben.
  • Entscheide, welche der folgenden Verbindungen farbig ist.

    Tipps

    Farbiges Licht wird durch die $\pi$-Elektronen aus konjugierten Doppelbindungen absorbiert.

    Lösung

    Um Licht im sichtbaren Bereich zu absorbieren, benötigen Verbindungen ein möglichst großes System aus delokalisierten $\pi$-Elektronen. Je ausgedehnter das System ist, desto geringer ist die benötigte Anregungsenergie. Um im sichtbaren Licht zu absorbieren, werden mehr als neun konjugierte Doppelbindungen benötigt. Lycopin ist der rote Farbstoff der Tomate und besitzt sogar dreizehn. Lycopin ist also farbig. Enthält eine Verbindung auxochrome Gruppen, reicht auch schon ein kleineres konjugiertes Doppelbindungssystem. Die hier vorgegebene Verbindung gehört zu den Cyaninen und ist trotz der drei konjugierten Doppelbindungen farbig.

    Die anderen beiden Verbindungen sind Hexen und Hexanol. Beide Verbindungen sind farblos, da sie entweder keine $\pi$-Elektronen besitzen oder ihre $\pi$-Elektronen nicht durch sichtbares Licht angeregt werden können.

  • Gib die Komplementärfarbe zu folgenden Farben an.

    Tipps

    Sieh dir den Farbkreis an.

    Lösung

    Um zu verstehen, welche Farbe ein Molekül hat, ist es wichtig, dass du dich mit dem Farbkreis und den Komplementärfarben auskennst. Wird ein Bereich des farbigen Lichtes von einem Molekül absorbiert, werden nur noch die anderen Bereiche reflektiert und es ergibt sich somit für das menschliche Auge die Komplementärfarbe zur Farbe des absorbierten Lichtes. Im Farbkreis siehst du gut die Komplementärfarben, also die Farben, die sich gegenüberliegen. Orange und Blau liegen sich zum Beispiel gegenüber. Je mehr Gelbanteile im Orange sind, desto mehr Rotanteile sind im Blau, es wird also violetter.

  • Erkläre, warum Tomaten rot und Karotten orange sind.

    Tipps

    Verbindungen erscheinen in der Komplementärfarbe zum absorbierten Licht.

    Kurzwelliges Licht ist energiereicher als langwellliges Licht.

    Lösung

    Verbindungen erscheinen in der Komplementärfarbe zum Licht, welches durch sie absorbiert wird. Ist Carotin also orange, muss blaues Licht absorbiert werden und ist Lycopin rot, dann wird grünes Licht absorbiert. Das blaue Licht ist kurzwelliger und damit energiereicher als das grüne Licht. Zur Anregung der $\pi$-Elektronen in Carotin wird also mehr Energie benötigt als zur Anregung in Lycopin. Erklären lässt sich das durch das ausgedehntere Doppelbindungssystem im Lycopin, bestehend aus dreizehn konjugierten Doppelbindungen, während im Carotin nur elf vorliegen. Je ausgedehnter das System, desto geringer ist die Energie, die zur Anregung nötig ist.

  • Werte folgendes Absorptionsspektrum aus.

    Tipps

    Spektrum des sichtbaren Lichts

    Die Verbindung muss die Komplementärfarbe zur Farbe des absorbierten Lichts haben.

    Lösung

    In dem Spektrum siehst du, dass Licht im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts absorbiert wird. Besonders groß ist die Absorption im Bereich von 400 - 500 nm. In diesem Bereich ist das Licht blau. Absorbiert nun also eine Verbindung blaues Licht, erscheint sie in der Komplementärfarbe, also orange. Von den angegebenen Verbindungen ist nur Carotin orange, das Spektrum muss also zu Carotin gehören.

  • Nenne den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes.

    Tipps

    Die Wellenlänge des Lichts im sichtbaren Bereich wird in Nanometern gemessen.

    Lösung

    Der Bereich des sichtbaren Lichtes liegt zwischen dem energiereicheren ultravioletten Bereich und dem energieärmeren infraroten Bereich. Sichtbares Licht liegt damit in einem Wellenlängenbereich von 380 -780 nm.

  • Entscheide, welche der funktionellen Gruppen auxochrom und welche antiauxochrom ist.

    Tipps

    Auxochrome Gruppen sind Elektronendonatoren, antiauxchrome Gruppen sind Elektronenakzeptoren.

    Lösung

    Befinden sich an einem System aus konjugierten Doppelbindungen eine auxochrome und eine antiauxochrome Gruppe, werden die $\pi$-Elektronen noch besser über das gesamte Molekül delokalisiert. Beispiel dafür sind die Cyanine. Auxochrome Gruppen sind Gruppen, die Elektronen ins System schieben und antiauxochrome Gruppen nehmen die Elektronen auf. Auxochrome Gruppen sind damit Elektronendonatoren. In unseren Beispielen sind das die Hydroxygruppe und die Aminogruppe. Die Hydroxygruppe schiebt dabei ein freies Elektronenpaar am Sauerstoff ins System und die Aminogruppe das freie Elektronenpaar des Stickstoffs. Akzeptorgruppen sind dagegen die Carbonylgruppe, die Nitrogruppe und die Ammoniumgruppe.

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