Physik - Kaleidoskop

Farbstoff 143
Betroffenen nur noch Grautöne (Achromatopsie). [15] Das Farbempfinden für einzelne Wellenlängen ist individuell
leicht unterschiedlich ausgeprägt und hängt auch von Beleuchtung und Blickwinkel ab. Die Commission
Internationale de l'Éclairage (CIE-Normvalenzsystem) hat mit vielen Testpersonen spektrale Empfindlichkeiten für
Wellenlängen abgeleitet. [2]
Die Farbeigenschaften von Farbstoffen sind begründet
• im Molekülaufbau des Farbstoffs selbst,
• in seinen Molekül- und Atomschwingungen,
• in der Konzentration des Farbstoffs sowie
• im seinem Bindungszustand am oder im jeweiligen Medium.
Art und Weise der Bindung des Farbstoffs werden dabei vom Substrat (Textil, Papier, Kunststoff, Lack)
mitbestimmt – die Bindung an einen Festkörper oder die Verteilung in Lösung können den Farbton ändern (vgl.
Solvatochromie).
Die spektrale Verteilung des zurückgeworfenen Lichtes entspricht dem eingestrahlten Licht abzüglich der
Absorptionen durch den Farbstoff. Wird der Farbreiz dieser verbliebenen (Rest-)Strahlung diskutiert, spricht man
auch von Körperfarben, während der von einer selbst leuchtenden Lichtquelle kommende Farbreiz als Lichtfarbe
bezeichnet wird.
Bei der Absorption von elektromagnetischer Strahlung wird das Energieniveau von Elektronen in Molekülen oder
Atomen angehoben. Näherungsweise wird der Abstand zwischen Elektronen und den Atomkernen vergrößert. Die
nötige Energie wird der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, dem Licht, entnommen.
Da diese Vorgänge unter Quantenbedingungen ablaufen, ist diese Absorption nicht kontinuierlich, sondern erfolgt
nur in bestimmten Sprüngen, die dem energetischen Unterschied zwischen den Elektronen vor und nach der
Absorption entsprechen. Dieser Energieunterschied ist umgekehrt proportional zu der absorbierten Wellenlänge des
einfallenden Lichts und bestimmt somit die Farbe, in der der Farbstoff erscheint.
Chemisch-physikalische Grundlagen
Die Eigenschaft einer Verbindung, ein „Farbstoff“ zu sein, ist in der
chemischen Struktur des Materials begründet. Moleküle mit
σ-Bindungen absorbieren elektromagnetische Energie im Röntgen- und
UV-Bereich. Moleküle mit Elektronen in π-Bindungen (ungesättigte
Bindungen) dagegen werden bereits bei geringerer Energie von
elektromagnetischen Wellen (oder Photonen) angeregt.
Wechselwirkungen dieser Art im langwelligen UV- und besonders im
sichtbaren Bereich des Lichts lösen den Farbreiz aus.
Bei mehreren konjugiert ungesättigten Bindungen im Molekül lassen
sich die π-Elektronen „verschmieren“ (delokalisieren), wodurch sich
der energetische Abstand zwischen angeregtem und Grundzustand
verringert und das Absorptions- bzw. Emissionsmaximum sich in
Richtung längerer Wellenlängen verschiebt, wobei der
Absorptionsbereich umso langwelliger wird, je mehr solcher
ungesättigten Bindungen konjugiert sind.
π-Elektronenverschiebung und Polarisation im
p-Aminoazobenzol. Die NH 2 -Gruppe mit ihrem
freien Elektronenpaar wirkt dabei farbvertiefend.
Geeignete Molekülstrukturen werden nach der Farbstofftheorie von Otto Nikolaus Witt Chromophore genannt,
deren Schwingungseigenschaften durch Auxochrome (Elektronendonatoren)