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