Das Hauptthema Licht
Bevor es los geht, kannst du hier nochmal das Video anschauen wenn du es noch nicht gesehen hast:
Das, was im Video leuchtet ist eine chemische Reaktion, man nennt es Lumineszenz.
Unter Lumineszenz versteht man alle physikalisch chemischen Prozesse, bei denen Elektronen mechanisch oder durch Licht-Einfall (elektromagnetische Strahlung) energetisch angeregt werden und im Anschluss diese Energie thermisch oder durch Lichtabgabe wieder abgeben.
Man unterscheidet im Allgemeinen zwischen der Fluoreszenz, der Phosphoreszenz, der Biolumineszenz, der Chemolumineszenz und der Tribolumineszenz.
Fluoreszenz, ein Spezialfall der Lumineszenz:
Bei der Fluoreszenz werden die Elektronen durch sichtbares Licht oder UV Einfall auf ein höheres Energieniveau gebracht, verharren dort nur wenige Nanosekunden und fallen dann wieder auf ihr Grundniveau ab. Die freiwerdende Energie geben sie in Form von Licht ab.
Wenn energiereiche elektromagnetische Strahlung auf ein Atom trifft, kann ein Außenelektron die Energie aufnehmen und in ein höher gelegenes Orbital wechseln, ohne dass sich der Spin des Elektrons ändert.
In diesem höher energetischen Zustand kann sich das Elektron meist nicht länger als wenige Nanosekunden halten, dann fällt es zurück in sein Ausgangs-Orbital.
Die aufgenommene Energie wird wieder abgegeben. Meistens erfolgt dies schrittweise. Das Elektron hangelt sich über Schwingungsniveaus wieder in den Grundzustand zurück.
Die aufgenommene Energie wird als Photon abgegeben. Die beiden Orbitale, das höchste besetzte Molekül-Orbital (S0) und das niedrigste unbesetzte Molekül-Orbital (S1) werden auch als Grenz-Orbitale bezeichnet.
Sie spielen die entscheidende Rolle bei allen Lumineszenzprozessen aber auch bei photochemischen Reaktionen. Im Jablonski - Diagramm werden alle photophysikalischen Prozesse zusammengefasst.
Jablonski-Diagramm
Meistens werden Minerale zum Leuchten durch UV-Licht angeregt.
UV Licht hat eine Wellenlänge von 100nm bis 380nm und liegt somit unter dem für den Menschen sichtbaren Bereich (circa 380nm bis 780nm). -> UV-Licht ist daher energiereicher und kurzwelliger als das sichtbare Licht.
Im Gang zu den Chemieräumen findet ihr eine Vitrine von unserem Seminar mit ausgestellten, fluoreszierenden Minarlien. Diese leuchten aufgrund ihrer Fluoreszenz.
Angeregt werden die Mineralien durch langwelliges UV-Licht. Die Moleküle des Minerals werden durch das UV-Licht in Schwingung gesetzt, vergleichbar mit 2 Kugeln, die miteinander durch eine Feder verbunden sind und schwingen:
Modell der Molekülschwingung
Wir haben uns extra für die Mineralien entschieden, welche bei langwelligem UV-Licht fluoreszieren, denn:
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die Mineralien für langwelliges UV billiger waren
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größere Auswahl zur Verfügung war
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langwelliges UV die Gesundjeit NICHT schädigt
Außerdem konnten wir dadurch eine Menge kosten einsparen, weil wir nicht extra Schutzmaßnahmen vor dem schädlichem kurzem UV-Licht an die Vitrine anbringen mussten.
In den meisten Museen mit lumineszierenden Mineralien wird langwelliges UV verwendet, wie z.B. im "Museum der Kristalle".
Oft zeigen gleiche Mineralarten unterschiedliche Lumineszenzfarben, weswegen dafür unterschiedliche Ursachen verantwortlich sein müssen.
Gründe hierfür sind:
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die extrinsische Lumineszenz (von Fremdkörpern verursacht), wie z.B. : Fremdionen, die auf Gitterplätzen oder sogar auf Zwischengitterplätzen eingeschlossen sind (Gitterbaufehler oder Gitterleerstellen)
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die intrinsische Lumineszenz (von elementaren Baugruppen verursacht)
Hier eine kleine Liste mit Fluoreszierneden Mineralien:
K = Fluoreszenz bei Kurzwelliger UV-Strahlung
L = Floureszezn bei Langwelliger UV-Strahlung
