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Absorptionspektren von farbigen Lösungen

Geräte und Chemikalien:

Selbstbau-Spektrometer (konstruiert aus einer USB-Webcam und einem Stück einer DVD in einer alten VHS-Schachtel), Schreibtisch-Halogenlampe, Küvette, Kupfersulfatlösung, Kupferchloridlösung und Kaliumpermanganatlösung

Versuchsaufbau:


Versuchsaufbau


Als Kernkomponente des Spektrometers wird als Gitter ein Ausschnitt einer DVD verwendet, der vor die Linse einer USB-Webcam geklebt wurde. Der DVD-Ausschnitt wurde durch Zerschneiden einer DVD hergestellt. Das DVD-Gitter hat einen Spurabstand von 0,74 Mikrometern, das sind also ca. 1300 Striche pro Millimeter.
Diese Webcam wurde dann in eine alte VHS-Video-Hülle eingebaut, in die an der Vorderseite ein kleiner senkrechter Spalt für das Licht eingefügt wurde.
Mit diesem minimalistischen Spektrometer wurden die folgenden Bilder der Spektren aufgenommen.

Versuchsdurchführung:

Die Lichtstrahlen gehen durch die jeweilige Lösung, hinein in das Spektrometer. Das Spektrometer ist an einen Computer angeschlossen, welcher das jeweilige Absorbtionsspektrum anzeigt.

Versuchsbeobachtungen:

Spektrum einer Halogenlampe

Spektrum der Lampe mit Kupfersulfat im Strahlengang



Beim Vergleich der beiden Fotos mit den Augen fällt auf, dass bei der türkisen Kupfersulfatlösung die Farbe Rot stark absorbiert wird, und die anderen nur zum Teil.
Dieser Vergleich lässt sich auch mit einem Computer durchführen, wobei das Ergebnis eine höhere Präzision besitzt.
Aus den Fotos der Spektren wird mit Hilfe eines Perl-Scripts die Intensität in Abhängigkeit von der Farbe (Wellenlänge) ermittelt. Als Ergebnis erhält man eine Tabelle der Intensitätswerte als csv-Datei. Mithilfe des Programms gnuplot kann der Intensitätsverlauf dann dargestellt werden.


Vergleich der Intensitäten des Lichts der Lampe direkt (blau) und mit Kupfersulfat (rot) im Strahlengang. Erzeugt mit gnuplot.


Die csv-Datei der Intensitätswerte kann auch mit OpenOffice Calc geöffnet werden. Dann lassen sich auch Differenzen und Prozentwerte berechnen.
Ein Absorptionsspektrum ist die Differenz der beiden obigen Kurven in Prozent, wobei die Werte der oberen Kurve (blau) jeweils 100% entsprechen.
Das folgende Absoptionsspektrum zeigt die Absorption (Differenz der beiden Kurven im Bild oben) in Prozent über alle Wellenlängen.


Absorption des Lichts der Lampe durch Kupfersulfat in Prozent.


Man sieht in diesem Absorptionsspektrum sehr gut, dass das rote Licht sehr stark (90%) absorbiert wird und dass außerdem über alle Farben (Wellenlängen) hinweg eine Schwächung erfolgt.

Spektrum der Lampe mit Kupferchlorid im Strahlengang



Mit dem Auge erkennt man bei Kupferchloridlösung werden die Farben Rot bis Gelb sowie ein Teil der Farbe Blau absorbiert.


Absorption des Lichts der Lampe durch Kupferchlorid in Prozent über alle Wellenlängen.


In diesem Absorptionsspektrum erkennt man sehr genau, dass die Farben Rot bis Gelb praktisch vollständig (über 90%) absobiert werden. Außerdem wird ein Teil des blauen Lichts absorbiert. Das Absorptionsspektrum wurde wie oben erzeugt.

Spektrum der Lampe mit Kaliumpermanganat im Strahlengang



Von der Kaliumpermanganatlösung werden die Farben Gelb bis Türkis absorbiert.


Absorption des Lichts der Lampe durch Kaliumpermanganat in Prozent über alle Wellenlängen.
In diesem Absorptionsspektrum sieht man sehr gut, dass die Farben Grün, Gelb und Hellblau praktisch zu 100% absorbiert werden. Das Absorptionsspektrum wurde wie oben erzeugt.

Versuchserklärung:

Mit Hilfe eines Gitters lässt sich Licht in ein Spektrum zerlegen und beobachten.
Ein Absorptionsspektrum entsteht, wenn weißes Licht durch eine farbige Lösung oder ein Gas geleitet wird. Die farbige Lösung absorbiert einige Wellenlängen des Lichts (Farben), die dann als schwarze Linien oder Bereiche im Spektrum auftreten.

Im Farbkreis sind die Farben des Spektrums von Rot bis Violett in einem Kreis dargestellt, so dass Rot neben Violett liegt. Gegenüberliegende Farben nennt man Komplementärfarben.


Farbkreis

Die erste Lösung enthielt Kupfersulfatlösung, deren Farbe Türkis war. Die Komplementärfarbe von Türkis ist Rot. Schaut man durch ein Spektroskop, so wird Rot absorbiert. Vergleicht man es mit dem Absorptionsspektren, so sieht man, dass aus dem Spektrum ein Teil vom Rot fehlt.

Die zweite Lösung war Kupferchloridlösung, deren Farbe Blau/Grün ist. Die Komplementärfarben sind Rot/Gelb. Das Absorptionsspektrum zeigt uns, das die Farben Rot/Gelb sowie ein Teil von Blau nicht enthalten sind.

Die letzte Lösung enthielt Kaliumpermangranat, deren Farbe war Violett. Die Komplementärfarbe ist Grün/Gelb. Schaut man in den Absorptionsspektren von Kaliumpermangranat an, so sieht man das die Farben von Gelb bis Grün absorbiert sind.

Daraus folgt: Im Absorptionsspektren fehlt die Komplementärfarbe einer Lösung.

Erklärung der Farbigkeit der Lösungen von Tugba Y. 14.1.2015



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