Farbstoffe
Als Farbstoffe werden organische Verbindungen bezeichnet, die die Eigenschaft haben andere Materialien zu Färben.
Wirkungsweise
Weisses Licht (Spektrum in Bereich 380-780nm) ist eine Mischung von Licht mit verschiedensten Wellenlängen. Das Farbspektrum reicht hierbei von langwelligem Rotlicht (ca. 780nm) bis zu kurzwelligerem Violettlicht (ca. 380nm).
Die Wirkungsweise von Farbstoffen beruht nun darauf, bestimmte Teile des Lichtspektrum zu absrobieren. Die Komplementärfarbe der absorbierten Wellenlänge ist die Farbe in welcher der Farbstoff erscheint.
Die Absorption von elektromagnetischer Strahlung, zu der auch Licht gehört, beruht dabei auf der Anhebung des Energieniveaus von Elektronen in Molekülen oder Atomen (Erhöhung des Abstandes zwichen Elektronen und den Atomkernen). Die hierzu nötige Energie wird der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, dem Licht, entnommen.
Aufgrund dessen, das sich diese Vorgänge auf der Quantenebene abspielen, ist diese Absrobtion nicht mehr kontinuierlich, sondern erfolgt nur in bestimmten Stufen, die dem energetischen Unterschied zwischen dem/den Eletronen vor bzw. nach der Absorbtion entsprechen. Dieser Energieunterschied ist direkt proportional zu der Absorbierten Wellenlänge des einfallenden Lichts und bestimmt somit die Farbe, in der der Farbstoff erscheint.
Treten in den betrachteten Molekülen oder Atomen nur einfache [[ -Bindungen]] auf, so ist die Energie, die benötigt wird um die entsprechenden [[ -Elektronen]] auf ein höheres energetisches Niveau zu heben zu gross, als das es zu einer Niveauerhöhung durch den sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spekrums kommen könnte. Im allgemeinen findet hier eine Absortion im Bereich des UV-Lichtes oder der Röntenstrahlung statt, so das diese Art Verbindungen normalerweise als Farbstoff ungeeignet sind. Leichter gelingt die Anregung der Elektronen, die in sog. [[ -Bindungen]], wie sie z.B. in ungesättigten Bindungen auftreten, diese absorbieren schon elektromagnetische Wellen im Bereich des langwelligen UV-Bereichs. Arangiert man mehrere solche ungesättigten Bindungen (Mehrfachbindugen) abwechselnd mit normalen Einfachbindungen, so kommt es zu einer sog. Delokalisierung der [[ -Elektronen]], wodurch der Abstand zwischen den Angeregtem und dem Grundzustand noch einmal verringert wird. Dem entspricht eine Verschiebung der absorbierten Wellenlängen hin zu grösseren Wellenlängen. Im allgemeinen gilt hierbei, dass, je grösser die Anzahl dieser ungesättigten Bindungen ist, desto mehr wird der Absorptionbereich nach oben verschoben. Eine weitere Anhebung kann erreicht werden, in dem derlei Stoffe mit besonders geeigneten anderen Atomgruppen oder Atomen kombiniert werden, die als Elektronenakzeptoren oder Elektronendonatoren fungieren und/oder mesomeriefähig sind. Als Auxochrome (Elektronendonatoren) oder Antiauxochrome (Elektronenakzeptoren) können beispielsweise folgende funktionelle Gruppen verwendung finden:
| Auxochrome | Antiauxochrome | ||||||
| R-OH | R-NH2 | R-SO3H | R-COOH | R-C=O | R-NO2 | R-COH | R-C=NR2 |
Die Wirkung dieser Auxo- bzw. Antiauxochrome beruht dabei auf einer polarisierung des [[Molekül]s und einer daraus folgenden Verschiebung der vorhandenen delokalisierten Elektronen, die durch die ungesättigten Verbindgunen im Rest des Moleküls zur Verfügung stehen. Die Gruppen, die entsprechende delokalisierte Elektronen zur Verfügung stellen werden auch als Chromophore bezeichnet. Wie aus o.g. Erklärungen abgeleitet werden kann, sind primar die Chromophore und ihre Häufigkeit, mit der sie im betracheten Molekül vorkommen für die Farbgebung eines Farbstoffes verantwortlich. Folgende funktionelle Gruppen können beispielsweise als Chromophore fungieren:
| Chromophore | |||||
| R-C=C-R | R-N=N-R | R-C=O | R-C=NH | R-N=O | |
[[ -Überlagerung]] von Aromatischen Ringen und einer Azogruppe am Beispiel des Aminoazobenzols.
Hier dargestellt die [[ -Gruppen]] der beteiligten Molekülteile als Strukturformel und 3D-Modell.
Datei:Aminoazobenzol e dealokation.png
Polarisation und Ladungsverschiebung im Aminoazobenzol. Die NH2-Gruppe wirkt mit ihrem freien Elektronenpaar noch Farbvertiefend.
[...to be continued soon...]