Leitprogramm farbige Stoffe

KAPITEL 3
Wir sperren π-Elektronen in einen Kasten
Übersicht
Thema
3. Wir sperren π-Elektronen in einen Kasten
Farbstoffmoleküle absorbieren sichtbares Licht, deshalb erscheinen sie farbig. Durch die
Energie des absorbierten Lichts entstehen angeregte Moleküle. Bei der Anregung werden
Elektronen von einem niedrigeren in einen höheren Energiezustand angehoben. In diesem
Kapitel wird ein Modell entwickelt, das die Berechnung der Anregungsenergie für ein
bestimmtes Farbstoffmolekül erlaubt.
In Kapitel 2 haben Sie gelernt, dass man Elektronen als Materiewellen beschreiben kann.
Diese Erkenntnis werden wir für die Entwicklung unseres Modells einsetzen.
Ob das entwickelte Modell brauchbar ist, kann nur durch Vergleich mit Experimenten
festgestellt werden. Deshalb lernen Sie eine Methode zur experimentellen Bestimmung der
Anregungsenergie kennen. Dazu wird ein Spektralphotometer benützt.
Vorgehen
Das Kapitel 3 ist aus drei Abschnitten aufgebaut. In den beiden ersten Abschnitten erarbeiten
Sie ein Modell für die Berechnung der Anregungsenergie von Farbstoffen. Im dritten
Abschnitt wird eine Methode vorgestellt, mit der Sie die Anregungsenergie experimentell
ermitteln können. Auf diese Weise lässt sich das erarbeitete Modell überprüfen.
Keine Angst vor der Mathematik! Die Formeln und Berechnungen sind nur halb so
schlimm wie sie aussehen! Es werden nur die vier Grundrechnungsarten verwendet.
(Herleitungen von Formeln können übersprungen werden.)
Lernziele
1. Sie kennen das Gedankenmodell vom Elektron im eindimensionalen Kasten.
2. Sie können das Modell auf ein lineares Farbstoffmolekül mit vollständig delokalisierten π-
Elektronen übertragen.
3. Sie können die Anregungsenergie für den Übergang eines Elektrons vom höchsten
besetzten in den niedrigsten unbesetzten Energiezustand berechnen.
4. Sie können die Wellenlänge des für die Anregung erforderlichen Lichts berechnen.
5. Sie können die Anregungsenergie mit einem Spektralphotometer experimentell ermitteln.
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