Wärme und Absorption

Wird Strahlung absorbiert, so wandelt sich die enthaltene Energie im Körper in Wärme, d.h. in Schwingung der einzelnen Moleküle, um.

Strahlung wird quantenmechanisch nur in diskreten Energieportionen geliefert. Licht ist kein kontinuierlicher Strahl, sondern ein Bombardement von Photonen. Diese Photonen haben eine feste Energie E = hc/λ, die bei der Absorption vom Körper als eine feste Portion aufgenommen werden muss (Energieerhaltung).Je nach Wellenlänge sind dazu aufgrund der unterschiedlichen Energie andere Mechanismen nötig.

Mikrowellenstrahlung: Anregung von MolekülrotationenInfrarotstrahlung: Molekülschwingungen und RotationsschwingungenUV Strahlung: Anheben von Valenzelektronen in ein höheres Orbital, von dort können die Elektronen über ZwischenstufenRöntgenstrahlung: Anheben von inneren Elektronen

Organisch Farbstoffe (sichtbar ⇒ Farbe!) zeigen in ihrem Molekülaufbau alternierende Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen. Dabei sind die Elektronen über die gesamte Länge der alternierenden Doppelbindungen delokalisiert und können sich frei bewegen. Eine Kette alternierender Doppelbindungen verhält sich wie eine sehr kleine Antenne, die entsprechend ihrer Länge Strahlung absorbieren kann (Dipol: Wellenlänge = Vielfaches der halben Dipollänge).

Bei der Schwingung der Elektronen entlang der Molekülantenne treten Rückhaltekräfte auf, die zu Verformung des Moleküls führen. Die Anregung wird nach und nach in Schwingungen der Atome im Molekül und Schwingungen der Moleküle gegeneinander umgewandelt ⇒ Wärme

In anorganischen Pigmenten, beispielsweise Kristallen, werden Elektronen auf energetisch höhere Niveaus gehoben. Dabei spielt die Wechselwirkung der Atome mit anderen Atomen des Kristalls eine Rolle, so dass das Chrom-Ion im Rubin einmal eine rote Farbe, im Smaragd eine grüne Farbe verursachen kann. Durch Gitterschwingungen wird die Energie in Wärme umgewandelt, oder durch das zurückfallen über Zwischenstufen als Wärmestrahlung abgestrahlt.

Eine sehr umfassende Übersicht über die Physik und Chemie hinter farbigen Substanzen gibt der theoretische Physiker Prof. Dr. Dietrich Zawischa auf seiner Homepage