QIV - " Welt der farbigen Stoffe" Flashcards
Was ist Licht?
Licht ist eine Form von Energie, bestehend aus unterschiedlich langen elektromagnetischen Wellenlängen.
Wie entstehen Farben?
- durch die Anregung von Atomen
- durch die Absorption bestimmter Wellen Längen
→ Farbe aus (mehreren Lichtquellen) ergibt sich durch additive Farbmischung
→ Farbe durch das Mischen farbiger Stoffe ergibt sich durch subtraktive Farbmischung
Farbmittel im allgemeinen lassen sich in 2 Gruppen einteilen, die Farbstoffe und die Pigmente.
Farbstoffe sind meist löslich und überwiegend organisch, wohingegen die Pigmente unlöslich und überwiegend anorganisch sind.
Was ist additive Farbmischung?
Bei der additiven Farbmischung wird im Unterschied zur subtraktiven Farbmischung Licht verschiedener Farbe auf dieselbe Stelle gelenkt und überlagert (addiert) sich. Diese Überlagerung ergibt neue Farben. Die Grundfarben der additiven Farbmischung sind Blau, Grün und Rot in gleicher Intensität. Additive Farbmischung wird beim Farbensehen, bei Fernsehgeräten und Monitoren sowie teilweise beim Vierfarbendruck genutzt.
Haben die einzelnen Farben unterschiedliche Intensität, so ergeben sich als Mischfarben andere Farbtöne.
Gesetze der additiven Farbmischung
Ordnet man die verschiedenen Farben kreisförmig an, so erhält man einen Farbkreis, an dem man die Gesetze der additiven Farbmischung verdeutlichen kann. Für die additive Farbmischung gelten folgende Gesetze:
- Alle Farben des Farbkreises kann man durch Mischen der drei Grundfarben Blau, Grün und Rot erhalten.
- Durch Mischen aller drei Grundfarben mit gleicher Intensität erhält man Weiß.
- Jede Farbe des Farbkreises kann man durch Mischen der beiden benachbarten Farben erhalten.
- Gegenüberliegende Farben des Farbkreises ergeben Weiß, sind also Komplementärfarben.
Die entstehenden Mischfarben lasse sich errechnen, in dem man den Mittelwert der zusammengewischten Wellenlängen bestimmt.
Was ist subtraktive Farbmischung?
Die subtraktive Fabrmischung wird beim Arbeiten mit Farbsubstanzen wie z. B. beim Drucken angewandt. Die Farbsubstanzen reflektieren Wellenlängen und absorbieren auch bestimme Wellenlängen des weißen Lichts.
Bei der subtraktiven Farbmischung wird also von den Grundfarben Gelb, Cyan und Magenta ausgegangen. Die gemischten Farbsubstanzen absorbieren mehrere Wellenlängen an Licht und reflektieren Mischtöne, welche dunkler als die drei Grundfarben sind. Während des Mischens nimmt also die Leuchtkraft der Farben ab. Wenn man alle drei Farben bei voller Intensität mischt, dann entsteht daraus Schwarz, was soviel heißt, wie: Es wird kein Licht mehr reflektiert.
Wie kommt es zur Farbigkeit?
Das Vermögen von Kohlenwasserstoffen, Licht zu absorbieren, beruht oft auf der Anwesenheit ausgedehnter π-Elektronen-Systeme. In langkettigen Alkenen, die abwechselnd Einfach- und Doppelbindungen enthalten, können diese Elektronen über alle senkrecht stehenden p-Orbitale der benachbarten C-Atome verteilt werden. Solche Doppelbindungen, die durch nur eine Einfachbindung voneinander getrennt sind, heißen konjugierte Doppelbindungen.
Damit wir eine Farbigkeit feststellen sind in einem Molekül mindestens 9/10 konjugierte Doppelbindungen notwendig.
Je größer und ausgedehnter dabei ein π-Elektronensystem durch Mesomerie mit konjugierten Doppelbindungen wird, desto geringer ist die erforderliche Anregungsenergie, um ein höheres Energieniveau einnehmen zu können. Isolierte Doppelbindungen dagegen benötigen für die Elektronenanregung kurzwellige energiereiche UV-Strahlung.
Was ist Fluoreszenz?
Fluoreszenz ist die spontane Emission von Licht beim Übergang eines elektronisch angeregten Systems in einen Zustand niedrigerer Energie.
Sowohl Fluoreszenz als auch Phosphoreszenz sind Formen der Lumineszenz (kaltes Leuchten). Fluoreszenz ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass sie nach dem Ende der Bestrahlung rasch (meist innerhalb einer millionstel Sekunde) endet.
Je nach Wellenlänge, hat das abgegebene Licht eine dementsprechende Farbe.
Was ist Phosphoreszenz?
Phosphoreszenz ist die durch die strahlende Desaktivierung hervorgerufene Eigenschaft eines Stoffes, nach einem Beleuchten mit (sichtbarem oder UV-) Licht im Dunkeln nachzuleuchten.
Bei der Phosphoreszenz kommt es zu einem Nachleuchten, das von Sekundenbruchteilen bis hin zu Stunden dauern kann. Phosphoreszierende Stoffe werden auch als Luminophore bezeichnet, da sie das Licht scheinbar speichern.
Bei der Phosphoreszenz geschieht eine Stufenweise Abgabe von Energie. Elektronen springen in einen labilen Zwischenzustand und fallen zeitlich verzögert unter Lichtenergie abgaben zurück in ihren Ausgangszustand.
Was sind π-Elektronen-Systeme?
Ein Spezialfall dieser delokalisierten Ladungen findet sich in konjugierten Systemen aromatischer Verbindungen, deren π-Elektronen nicht in isolierten, zwei C-Atomen zugehörigen π-Orbitalen lokalisiert sind, sondern Molekülorbitalen angehören, die sich über mehrere C-Atome erstrecken. Die π-Elektronen sind dabei in einer “Elektronenwolke” über die Kohlenstoffatome des gesamten aromatischen Systems verteilt.
Was sind Chromophore?
= Farbgebende Gruppe
Als Chromophor (griech. Farbträger) bezeichnet man den Teil eines Farbstoffs, in dem anregbare Elektronen verfügbar sind. In organischen Farbstoffen sind es meist Systeme aus konjugierten Doppelbindungen. Dabei muss das Absorptionsspektrum der Gruppe selbst noch nicht unbedingt im sichtbaren Bereich liegen, es kann aber über Substituenten (Auxochrome) geeignet verschoben werden.
Was sind Auxochrome?
= Farbverstärkende Gruppe
Auxochrome (von griech. auxanein = wachsen und chroma = Farbe) sind funktionelle Gruppen in Farbstoff-Molekülen, die das Absorptionsmaximum einer bereits vorhandenen farbigen Gruppe (Chromophor) in den längerwelligen oder kürzerwelligen Bereich des Spektrums verschieben, und dadurch eine Farbänderung hervorrufen. Meistens ist die gewünschte Farbänderung eine Verschiebung zu längeren Wellenlängen (Bathochromer Effekt), weil die Absorption des Chromophors für sich alleine oft im UV-Bereich liegt, der für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.
Auxochrome Gruppen sind z.B. -OH, -NH2, -OR, -NR2. Diese Gruppen besitzen freie Elektronenpaare (d. h. sie sind Elektronendonatoren), die durch Mesomerie mit dem Doppelbindungssystem des Chromophors (+M Effekt) eine entsprechende Farbänderung hervorrufen.
Was sind Antiauxochrome?
= Farbverstärkende Gruppe
Antiauxochrome sind funktionelle Gruppen in Farbstoff-Molekülen, welche das Absorptionsmaximum einer bereits vorhandenen farbigen Gruppe (Chromophor) in den längerwelligen Bereich des Spektrums verschieben, und dadurch eine Farbänderung hervorrufen.
Als antiauxochrome Gruppen kommen Substituenten mit einem -M Effekt in Frage, also beispielsweise eine Carbonyl- oder eine Nitrogruppe. Die Farbänderung basiert auf der Mesomerie mit einer auxochromen Gruppe, welche einen +M Effekt besitzt (z.B. -OH, -NH2). Ein Antiauxochrom wirkt also nur in Kombination mit einem (entsprechend konjugierten) Auxochrom.
Was sind Beispiele für Auxochrome Gruppen?
Was sind Beispiele für Antiauxochromegruppen?
Was ist Mesomerie?
Als Mesomerie (Resonanz) wird die Erscheinung bezeichnet, dass die in einem Molekül oder mehratomigen Ion vorliegenden Bindungsverhältnisse nicht durch eine einzige Strukturformel dargestellt werden können, sondern nur durch mehrere Grenzformeln. Keine dieser Grenzformeln beschreibt die Bindungsverhältnisse und damit die Verteilung der Elektronen in ausreichender Weise. Die tatsächliche Elektronenverteilung des Moleküls bzw. Ions liegt zwischen den von den Grenzformeln angegebenen Elektronenverteilungen. Dies wird durch den Mesomeriepfeil (Resonanzpfeil) ↔ symbolisiert.
Was ist der +M-Effekt?
Der Substituent hat ein freies Elektronenpaar, das er für die Mesomerie zur Verfügung stellen kann. Bei +M-Effekten erhöht sich die Elektronendichte des mesomeren Systems.
Was ist der -M-Effekt?
Der Substituent hat eine Doppel- oder Dreifachbindung, sodass er dem mesomeren System Elektronenpaare entzieht. Das erschwert weitere Substitutionen bzw. setzt die Aktivierungsenergie, die dazu nötig ist, herauf. Der −M-Effekt wirkt also aus reaktionskinetischer Sicht deaktivierend. Bei −M-Effekten verringert sich die Elektronendichte des mesomeren Systems.
Was sind Carbonylfarbstoffe?
Carbonylfarbstoffe, eine Klasse von Farbstoffen mit mindestens zwei miteinander in Konjugation stehenden Carbonylgruppen. Zu den Carbonylfarbstoffen gehören Indigo und seine Derivate, Anthrachinon-Substitutionsprodukte, polycyclische Carbonylverbindungen und spezielle Carbonylverbindungen.
Was sind Antrachinon Farbstoffe?
Chinone enthalten zwei C=O-Gruppen die in einem Sechsring durch konjugierte Doppelbindungen verbunden sind. Die C=O-Gruppen können in Para-oder in Ortho-Stellung zueinander stehen.
Das Antrachinon bilded die Ausgangsgruppe von der die Farbstoffe abgeleitet werden
Mögliche Stellungen im Chinon Molekül
Was sind Triphenylmethanfarbstoffe?
Triphenylmethan ist eine Verbindung, die sich von Methan (CH4) ableitet, bei der aber drei der Wasserstoffatome durch Phenylreste, also Benzolringe, denen ein Wasserstoffatom fehlt, ersetzt sind.
Mindestens zwei der aromatischen Ringe tragen elektronenliefernde Substituenten (sogenannte Auxochrome). Triphenylmethanfarbstoffe finden hauptsächlich in der Drucktechnik oder (aufgrund ihrer geringen Säurebeständigkeit) als Indikatoren Anwendung, aber auch als Textil- und Lebensmittelfarbstoffe.
