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Fluoreszenz im Niveauschema

Ein Textmarker leuchtet unter Schwarzlicht, obwohl gar kein farbiges Licht auf ihn fällt. Das Energieniveauschema erklärt, warum die abgegebene Farbe immer langwelliger ist als die aufgenommene.

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Übungsaufgaben

1Die drei Schritte zuordnenAFB I

Ordnen Sie jede Beschreibung dem passenden Schritt der Fluoreszenz zu.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
11 · Absorption
22 · strahlungsloser Übergang
33 · Emission
Die mittlere Spalte ist der Schlüssel zum ganzen Kapitel: Ohne den strahlungslosen Übergang gäbe es keine Farbverschiebung — das Molekül würde einfach dieselbe Wellenlänge wieder abgeben, die es aufgenommen hat. Weil dieser Schritt kein Licht erzeugt, taucht er im Spektrum nirgends auf; man sieht nur seine Folge, nämlich dass das Emissionsmaximum bei größeren Wellenlängen liegt als das Absorptionsmaximum.
2Fluoreszenz in WortenAFB I

Vervollständigen Sie die Beschreibung.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt). Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Bei der Fluoreszenz nimmt ein Molekül ein energiereiches Photon auf. Ein Teil der Energie geht anschließend strahlungslos als verloren. Das ausgesandte Photon ist deshalb energieärmer, seine Wellenlänge also als die des aufgenommenen Lichts. Diesen Abstand der beiden Maxima nennt man -Verschiebung. Die Emission startet dabei immer vom Niveau , weshalb die Leuchtfarbe unabhängig von der Anregung ist. Schaltet man die Lampe aus, erlischt eine Fluoreszenz . Leuchtet ein Stoff dagegen minutenlang nach, spricht man von .

Zwei Aussagen tragen den Rest: „Wärme“ erklärt warum Energie fehlt, „S₁“ erklärt warum immer dieselbe Menge fehlt. Aus beidem zusammen folgt die feste Leuchtfarbe eines Textmarkers — sie ändert sich nicht, ob man ihn mit 300 nm oder mit 380 nm bestrahlt. Der Unterschied zur Phosphoreszenz liegt allein in der Zeit, nicht in der Farbe.
3Die Leuchtwellenlänge berechnenAFB II

Ein Farbstoff nimmt Licht mit \(\lambda_\text{abs}=340\,\mathrm{nm}\) auf. Beim strahlungslosen Übergang gehen \(1{,}26\,\mathrm{eV}\) als Wärme verloren. Rechnen Sie mit \(hc=1240\,\mathrm{eV\cdot nm}\).

Berechnen Sie die Wellenlänge des ausgesandten Lichts in Nanometern.

Bestimme zuerst die aufgenommene Energie, ziehe den Verlust ab und rechne zurück in Nanometer.
Wabs = 1240/340 = 3,65 eV; nach Abzug der 1,26 eV bleiben 2,39 eV, also λem = 1240/2,39 ≈ 520 nm — grün. Bemerkenswert ist das Verhältnis: Der Energieverlust beträgt 35 %, die Wellenlänge wächst aber um 180 nm, also mehr als die Hälfte. Das liegt am Kehrwert in λ = hc/ΔW — kleine Energieänderungen wirken sich bei kleinen Energien besonders stark auf die Wellenlänge aus.