Absorption bei Molekülen

Absorption bei einzelnen Atomen hatten wir bereits auf der letzten Seite kennengelernt.

Moleküle haben im Gegensatz zu Atomen viele verschiedene Elektronen, die sich in verschiedenen Molekül-Orbitalen (kurz: MOs) aufhalten.

Absorption von Licht beim Ethen, Energiediagramm mit zwie MOs. Zunächst befinden sich zwei Elektronen im unteren MO, durch Absorption von Licht, angedeutet durch einen blauen Pfeil, wird eines der beiden Elektronen auf das Niveau des oberen MO angehoben.

Die Molekülorbitale des Ethens und die Wirkung von UV-Licht

In diesem Bild sind die beiden wichtigsten Molekül-Orbitale eines Ethen-Moleküls dargestellt. Was man unter Molekül-Orbitalen (MOs) versteht, habe ich auf einer eigenen Vertiefungsseite erklärt, für den normalen Chemie-Unterricht ist das nicht so wichtig.

Das untere der beiden Molekülorbitale, das sogenannte "bindende MO", ist mit zwei Elektronen besetzt. Das sind die beiden Elektronen der pi-Bindung des Ethens.

Für Schüler, die mit dem Orbitalmodell nicht vertraut sind:
Eine C=C-Doppelbindung besteht aus zwei energetisch ungleichen C-C-Bindungen, der sigma-Bindung und der pi-Bindung. Die sigma-Bindung ist eine ganz normale kovalente Bindung, die pi-Bindung ist ohne Kenntnis des Orbitalmodells nur schwer zu erklären. Es handelt sich jedenfalls um eine deutlich schwächere Bindung als die sigma-Bindung, und ist daher besonders leicht aufzubrechen, weil die beiden Elektronen der pi-Bindung recht "locker" sitzen. Das ist auch der Grund dafür, dass Alkene so besonders reaktiv sind. In der Abbildung 1 sieht man nun diese pi-Bindung als Strich in dem Energiediagramm, und zwar handelt es sich um den unteren Strich mit den beiden Pfeilen. Jeder Pfeil steht für eines der beiden pi-Elektronen. Durch die Einstrahlung von UV-Licht wird nun eines dieser beiden Elektronen so angeregt, dass es ein höheres Energieniveau annimmt.

Durch Absorption von UV-Licht wird nun eines der beiden pi-Elektronen auf ein energetisch höheres MO angehoben, auf das sogenannte "anti-bindende MO".

Ethen ist ja nun noch recht einfach aufgebaut. Moleküle wie Phenolphthalein haben viele solcher Molekülorbitale, die mit Elektronen besetzt sein können. Hier spielen dann zwei der vielen MOs eine ganz besondere Rolle:

  1. Das oberste / höchste noch mit Elektronen besetzte MO
  2. Das unterste / niedrigste noch unbesetzte MO

Das erste MO wird als HOMO bezeichnet (highest occupied molecular orbital), das zweite als LUMO (lowest unoccupied molecular orbital). Bei der Absorption von Licht werden Elektronen aus dem HOMO in das LUMO befördert (vereinfacht ausgedrückt). Mehr dazu im nächsten Abschnitt der Farbstoffchemie.