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Fluoreszenz I - Einführung, Information, Aufgaben und Punkte

Dieses bisschen Moos stammt aus einem Pforzheimer Stadtgarten, vom Wegrand. Über Moosflächen ist die Luft sauerstoffreich, und die Moos-pflänzchen sind unter UV-Licht durchaus auch fluoreszenzreich. Mehr dazu ganz am Ende dieses Kapitels!

Zwei Anregungen am Anfang:

Klicken Sie auf die Bilder, dann können sie vergrößert angesehen werden.

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Im Märchenkapitel 114 sind der Rauchquarz Zigarettle, links, und der Schwerspat Bürobarüt, rechts, im Gespräch. Es geht darum, dass man mit Schwarzlicht kontrollieren kann, ob die Steuerbanderole auf einer Zigarettenschachtel echt ist.

Dieses Schwarzlicht und das damit verbundende Phänomen der Fluoreszenz sollen hier ein bisschen beleuchtet werden. Dabei gesellt sich zum Informieren in bescheidem Umfang das Entertainen. Wenn Sie sich, liebe Besucherinnen und Besucher dieser Homepage-Ecke, darauf einlassen wollen, dann erwarten Sie unmineralogische Untersuchungen, alles entscheidende Fragen und punkteträchtige Aufgaben. Die Lösungen finden Sie am Ende dieses Kapitels. 

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Aber zunächst ein kleiner Umweg über die Weihnachtsfluoreszenz, auf Englisch Christmas fluorescence...

Stellen Sie sich vor, Sie wollten Ihren Bekannten in Amerika vom vergangenen Weihnachsfest berichten und wären ein bisschen auf ein Wörterbuch angewiesen. Dort fänden Sie viele Einträge: Weihnachtszeit - Christmas time, Weihnachtslied - Christmas carol, Weihnachtsbaum - Christmas tree, Weihnachtsgans - Christmas goose, Weihnachtsplätzchen - Christmas cookies... Vielleicht wollten Sie auch etas vom Zauber der Weihnachtsfluoreszenz auf dem Weihnachtsgebäck berichten, das Sie geschenkt bekommen haben. Und dann fehlt wahrscheinlich das Wort Weihnachtsfluoreszenz im Wörterbuch.  Dann nehmen Sie doch als Anregung "the cookies and their wonderful Christmas fluorescence"...

Was aber fluoresziert und in welcher Farbe?

Sicher haben Sie schon die Farbunterschiede bei den "Cookies", den Plätzchen, entdeckt. Es sind die grünen Pistazien, die rot fluoreszieren. Aber nur, wenn die Plätzchen unters UV-Licht geraten. (In einer Disco an Silvester?)

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Aber jetzt geht es mit der Steuerbanderole auf Zigarettenschachteln los:

Die 1. Aufgabe für Sie, wenn sie mögen: Wird der rechte oder der linke Bundesadler auf der Steuerbanderole einer Zigarettenschachtel mit Schwarzlicht bestrahlt, und woran sieht man das? (2 P)

Schwarzlicht ist ultraviolettes Licht, UV-Licht. Es ist für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar. Trotzdem kann man es mit speziellen Lampen erzeugen. Es sind besondere Lampen. Die qualitativ guten Lampen haben einen besonderen Filter, der alles sichtbare Licht wegnimmt, so dass nur ultraviolettes Licht abgestrahlt wird.

Bei der 2. Aufgabe dürfen Sie entscheiden, ob bei der Schwarzlicht-Taschenlampe das Licht rechts oder links abstrahlt. (1 P)

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In unserem Museum gibt es einen Dunkelraum, in dem fluoreszierende Mineralien ihr Können zeigen können. Das Können geht natürlich nur mit Schwarzlicht. In der Vitrine im Dunkelraum sind zwei Neon-Röhren eingebaut, eine für Normallicht, eine für UV-Licht. Und natürlich zwei Schalter, um die Beleuchtung zu wechseln. Ein Exponate im der Vitrine des Dunkelraums ist ein Quarzkristall mit einem Erdöleinschluss. Das Erdöl enthält eine Substanz, die auf UV-Licht reagiert. Im folgenden Bild ist der Wechsel von Normallicht zu UV-Licht bei diesem Quarzkristall dargestellt.                                        Herkunft des Exponats: der Ort Ribadesella in Asturien, Spanien.

3. Aufgabe: Der ölhaltige Quarzkristall stammt aus Asturien. Liegt Asturien in der Nähe von Gibraltar, an der Nordküste Spaniens oder südlich von Barcelona? (1 P)

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Wenn die Zeit dafür reif ist, findet sich immer der eine Mensch (manchmal auch mehr als einer), der sich zu einem bis dato rätselhaften Phänomen intensiv Gedanken macht.  Das Phänomen wird beobachtet und beschrieben. Es werden Versuche gemacht. Das Phänomen erhält seinen endgültigen Namen.

Im 19. Jahrhundert war die Zeit reif für die Fluoreszenz. Ein Mathematiker namens Stokes beschäftigte sich intensiv damit, beschrieb es, erklärte es und gab dem Ganzen einen Namen. Weil er Englisch sprach, nannte er das Phänomen  "fluorescence", was im Deutschen zur "Fluoreszenz" wurde.

Stokes´ Beobachtungen am Mineral Fluorit (Flussspat, Calciumfluorid, CaF2) werden wohl zur Namenswahl geführt haben. Es gehört zur Essenz, zum Wesenskern des Fluorits, auf ultraviolette Lichtwellen einer bestimmten Frequenz mit einem eigenen Lichtreflex zu reagieren. Der Fluorit gibt  unter UV-Licht Lichtwellen mit einer anderen Freqenz ab als bei Normallicht. Er wird selbstleuchtend. Der Betrachter sieht eine andere Farbe.

In der 4. Aufgabe geht es ums ratende oder wissende Entscheiden: Der oben genannte Mathematiker Stokes kam aus einem stark religiös geprägten Elternhaus und hatte nicht von ungefähr den Namen eines Engels als zweiten Vornamen und hieß deshalb George Gabriel Stokes oder George Michael Stokes.- Stokes forschte und lehrte in England, war aber Schotte oder Ire.- Er führte den Begriff "fluorescence" etwa um 1850 oder um 1880 ein.- Sein zweites Fachgebiet neben der Mathematik war Chemie oder Physik. (4 P)

Licht ist eine elektromagnetische Welle, die Energie mit sich trägt. Beim Blick in die Sonne macht die Welle die Sonne für uns sichtbar. Die mitgeführte Energie kann dabei Sehzellen zerstören, wenn der Blick in die Sonne zu lange dauert.

Im tiefsten Inneren des Fluorits, auf der atomaren Ebene des CaF2-Moleküls, trifft das kurzwellige, energiereiche UV-Licht auf Elektronen, die einen Teil der Energie aufnehmen. Durch die aufgenommene Energie bewegt sich ein solches Elektron anders, angeregter, schneller. Die Lichtwellen, die es selber ständig abstrahlt, sind zum Ausgleich dafür energieärmer. Diese enegieärmeren Lichtwellen sind daher etwas langwelliger als das UV-Licht. Die Wellenlänge verschiebt sich von einem nicht sichtbaren Ultraviolett in den sichtbaren Bereich von Violett und violettem Blau.

In dieser neuen selbstleuchtenden Farbe sieht der Betrachter nun den Fluorit. Wird das UV-Licht ausgeschaltet, bewegen sich die Elektronen wie zuvor und strahlen die üblichen Lichtwellen unter Normallichtbedingungen ab.

5. Aufgabe: In Texten, die die Fluoreszenz auf atomarer Ebene erklären, liest man von "absorbiertem" und "emittiertem" Licht". Was bedeuten "absorbieren" und "emittieren"? Wie heißen die Substantive dazu? (4 P)

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Unter UV-Licht verändert sich die Geldscheinnummer von Schwarz in Orangegelb. Das Sternenfeld erscheint akzentuierter. Das Sicherheitspapier zeigt ins Papier eingewobene bunte Fäden (Pfeile). (Ein Klick aufs Bild vergrößert es!)

6. Aufgabe: Ist der oben abgebildete Teil auf der Vorderseite oder auf der Rückseite des 100-Euro-Scheins? (1 P)

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7. Aufgabe: Chinin ist als Bitterstoff im Getränk. Hilft Chinin nicht auch bei der Tuberkulose- oder bei der Malaria-Prophylaxe? (1 P)

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Es gibt Farben, die fluoreszierende Substanzen enthalten. Die abgebildete Fossilplatte ist mit der fluoreszierenden Schwarzlichtfarbe "Neon-Orange" gestrichen. Die Farbe kann man in einem Geschäft für Farben oder Bastelmaterial kaufen. Rechts fällt Schwarzlicht auf die Fossilplatte. Das ultraviolette Licht lässt das Fossil in einem hellen Gelb erstrahlen.

8. Aufgabe: Was für ein Fossil ist auf der Platte zu sehen: ein Tintenfisch,  eine Schnecke oder ein Ammonshorn? (1 P)

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Das schnapsglasgroße Gefäß enthält links weißes Waschpulver. Rechts ist Wasser dazugekommen. Das aufgelöste Waschpulver leuchtet unter Schwarzlicht bläulich auf. Das ultraviolette Licht macht eine fluoreszierende Substanz im Waschmittel sichtbar - den optischen Aufheller, den Weißtöner oder auch Weißmacher. Die Substanz nimmt UV-Licht auf und gibt beim Fluoreszieren blaues Licht ab. Der Blauton überstrahlt das leicht gelbliche Grau, das gewaschene Baumwollwäsche normalerweise hat. Das Auge nimmt den Blauton als Weiß wahr. Der Weißmacher im Waschmittel ist sehr häufig eine Stilben-Verbindung. Es ist eine chemische Verbindung von Kohlenstoff und Wasserstoff. Die Fluoreszenz wirkt im hellen Sonnenlicht unauffällig, aber wirkungsvoll, denn im Sonnenlicht ist UV-Strahlung enthalten.

9. Aufgabe: Bleibt der gesamte Weißmacher in der frischen Wäsche, oder landet ein Teil davon mit dem Waschwasser in der Kläranlage? (1 P)

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Die folgenden vier Bilder gehören zusammen. Links oben wurden auf ein schwarzes Papier ein gelbes und ein rotes Papier gelegt. Darauf kam ein Stück Klarsichtfolie. Zwei Taschenllampen liegen bereit, eine mit Normallicht, eine mit UV-Licht.- Rechts oben fällt der Blick auf eine Flasche Mineralwasser und eine Flasche Tonic Water mit Chinin. Der Inhalt ist nicht zu unterscheiden.

Auf die Folie mit schwarzem, rotem und gelbem Untergrund wird links Mineralwasser und Tonic Water gespritzt. Die Taschenlampe mit Normallicht kann nichts unterscheiden. Erst die Bestrahlung mit Schwarzlicht zeigt die unterschiedliche Herkunft der Tropfen. Die Tonic-Water-Tropfen strahlen intensiv hellblau zurück. Die Mineralwasser-Tropfen reagieren nicht. Sie geben mit oder ohne Schwarzlicht immer das gleiche Licht ab.

10. Aufgabe: Sind die beiden, Mineralwasser und Tonic Water, mit Kohlensäure versetzt oder sind beide stille Wasser? (1 P)

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Im Dunkelraum des Museums steht als Exponat das Mineral Wernerit: unter Normallicht weiß-grünlich, unter Schwarzlicht gelblich fluoreszierend.

Wie findet man einen Wernerit?

Die Hammerjäger suchen einen Steinbruch auf, in dem es Wernerit gibt. Die Suche nach dem fluoreszierenden Mineral geschieht nachts und mit einer UV-Lampe. In der Dunkelheit fällt der Lichtstrahl des Schwarzlichts auf die Steine am Boden oder an der Wand des Steinbruchs. Steine, die gelblich fluoreszieren, kommen in die Sammeltüte. Zur Kontrolle wird Normallicht verwendet, damit nicht Steine mit einem gelben Pflanzenüberzug, beispielsweie mit der Schwefelflechte, in der Sammeltüte landen.

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11. Aufgabe: Blick auf den Museumsraum mit dem würfelförmigen Dunkelraum von außen: Die beiden Fotos unterscheiden sich in mehreren Details! (10 P)

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12. Aufgabe zum Raten: Welcher der vier Tropfen im folgenden Bild kann nicht fluoreszieren, weil es Mineralwasser ist: links, rechts, Mitte oben, Mitte unten?(1 P)

13. Aufgabe, ebenfalls zum Raten: Welcher Tropfen im folgenden Bild kann fluoreszieren: der schwarz, der rot oder der gelb unterlegte? So viel sei verraten: der schwarz-rot unterlegte Tropfen wird fluoreszieren, aber in welcher Farbe: gelblich, rötlich, bläulich? (2 P)

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14. Bei der Deutschen Post kann man sich ein Briefmarken-Set kaufen. Die Briefmarken sind selbstklebend. Werden sie vom Set-Papier gelöst, bleiben helle Flächen übrig (links). Diese Flächen fluoreszieren in einem satten Blau (rechts). Und nun die Aufgabe: Sind die leeren weißen oder blauen Flächen noch etwas klebrig? (1 P)

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Ein Geldschein ist stofflicher, nicht papierner Natur. In das Geldscheinmaterial sind bunte Fäden eingewoben.

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Die Zimmerpflanze im folgenden Bild hat grüne Blätter und rötliche Blüten. Unter UV-Licht fluoreszieren die grünen Blätter mit einem Rotton. Dieser Rotton ist rechts unten zu sehen.                               16. Aufgabe: Wie heißt die Pflanze? (1 P)

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17. Aufgabe: In einem Personalausweis der jüngsten Generation ist unter dem Geburtsort ein geschwungener bunter Schriftzug bei UV-Licht zu sehen. Zu lesen ist hier "Bundesrepublik Deutschland" oder "Bundesrepublik"  oder "Deutscher Personalausweis, Ausgabe BW" (für Baden-Württemberg)? (1 P)

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Der Blick geht beim folgenden Bild in den Blumentopf einer Zimmerplanze. Oben auf der Blumenerde hat sich ein moosartiger Rasen ausgebreitet. Natürlich hat er eine grüne Farbe, wie es ja bei Pflanzen häufig vorkommt.

18. Aufgabe: Fluoresziert der moosartige Bewuchs in diesem schönen Rot des nächsten Bildes, oder ist das Rot das Ergebnis einer Bildbearbeitung und damit ein Fluoreszenz-Fake? (1 P)

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19. Aufgabe: Von welcher Zimmerpflanze sind die Blätter, die rot fluoreszieren? Die "Blüte" hat mit der Pflanze nichts zu tun: Was ist da in die Blätter hineingeklebt? Es fluoresziert blendend hell. (2 P)

(Die Lösungen am Ende!)

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Und zum Schluss die letzte, die 20. Aufgabe: Ganz am Anfang dieses Kapitels über Fluoreszenz unterhält sich der Schwerspat Bürobarüt mit einem Rauchquarz. Wie heißt der Rauchquarz? (1 P)

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Lösungen

1. der linke Bundesadler, fluoreszierende neon-bunte Fäden und Punkte im Sicherheitspapier

2. rechts

3. Nordküste Spaniens

4. a. Gabriel, b. Ire, c. um 1850, d. Physik

5. absorbieren: aufnehmen, aufsaugen, verschlucken (Absorption),

     emittieren:  abgeben, losschicken, absenden  (Emission)

6. Vorderseite

7. Malaria

8. Ammonshorn, Ammonit

9. ein Teil in der Kläranlage (fluoreszierender Klärschlamm??)

10. "mit Kohlensäure versetzt", weil die Tropfen Gasblasen enthalten           

Lösungen zu 12. und 13. auf folgenden Bildern:

14. Die Flächen kleben nicht!

15. Es ist der Faden unten, siehe Foto!

16. Die Zimmerpflanze heißt Flamingoblume.

17. Der Schriftzug lautet "Bundesrepublik Deutschland", aber es ist nur "Bundesrepublik" deutlich zu lesen. Beides gibt einen Punkt.

18. Der moosartige Bewuchs fluoresziert tatsächlich in Rot!

19. Die Pflanze heißt Hibiskus. Die "Blüte" ist eine Kinder-Zahnbürste!

20. Der Name des Rauchquarzes ist "Zigarettle".

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Haben Sie, liebe Leserinnen und Leser, viele Punkte geschafft? Dann können Sie strahlen, auch fluoreszieren. Wenn nicht, dann sind es die Aufgaben, die hier frustrieren!

Im Chlorophyll der Algen wird es einen Stoff geben, der fluoresziert. Die grasigen Stängel weiter oben fluoreszieren in Blau. Der Buntsandsteinbrocken ist grau, unter UV-Licht wird er rot, weil er einen Algenbesatz hat.

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Weitere Informationen und Bilder zur Fluoreszenz gibt es unter Fluoreszenz II