Wenn Licht auf Moleküle trifft, können Elektronen in einen höheren Energiezustand angehoben werden. Diese Elektronen befinden sich nicht an einem festen Ort im Molekül, allerdings haben eine Verteilung mit bestimmter Elektronendichte. Die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation besagt · dass je ungenauer der Aufenthaltsort eines Elektrons bestimmt ist · desto genauer ist sein Impuls und damit ebenfalls seine Energie. Dies führt dazu, dass Elektronen in angeregten Zuständen unterschiedliche Energiemengen absorbieren und anschließend wieder in ihren stabilen Zustand zurückkehren.
Die aufgenommene Energie kann auf verschiedene Weisen freigesetzt werden: Entweder durch Wärmebewegung der Atomkerne was zu Erwärmung führt durch Lichtemission was als Fluoreszenz beobachtet werden kann oder um chemische Reaktionen anzutreiben. Die Farbe die wir sehen wird bestimmt von der Energiemenge die das Elektron aufnimmt und wieder abgibt. Lange Moleküle haben Elektronenverteilungen die eine größere Wellenlänge aufweisen und deshalb rote Farben ausstrahlen, während kürzere Moleküle orangefarbene oder gelbe Farben erzeugen.
Durch den photoelektrischen Effekt bei dem Elektronen aus Molekülen herausgelöst werden können können diese für die Energieumwandlung in Solarzellen genutzt werden. Albert Einstein erhielt für seine Untersuchungen zu diesem Thema sogar den Nobelpreis. Die Quantentheorie besagt, dass Elektronen nur bestimmte Energieniveaus einnehmen können und Lichtquanten nur absorbiert werden, wenn ihre Energiemenge zu einem elektromagnetischen Übergang passt. So entstehen die vielfältigen Farben die wir in der Chemie beobachten können.
Das Geheimnis der Farbigkeit in der Chemie
Wie beeinflusst die Absorption von Licht die Elektronen in Molekülen und welche Rolle spielt die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation bei der Entstehung von Farben?