Farbstoffe und Färbemittel – Einführung

Farbstoffe und Färbemittel – Einführung Übung

• Benenne die Naturstoffe, aus denen Farben hergestellt werden können.

  Tipps

  Kann Holz natürliche Farbe enthalten?

  Lösung

  Farben können aus allen Bestandteilen von Pflanzen hergestellt werden. Hier ein paar Beispiele:

  • Früchte: Blaubeeren (Violett), Himbeeren (Rot), Kaffeebohne (Braun)
  • Blüten: Stiefmütterchen (Blau), Flieder (Violett)
  • Blätter: Birke (Gelb bis Dunkelgrün), Apfelbaum (Braun), Rotkohl (Violettblau)
  • Holz: Blauholz (Violett bis Rot)
  • Wurzeln: Rote Beete (Rot), Zwiebeln (Braun)

  Tipp: Ostereier lassen sich super mit Naturfarbstoffen wie Rotkohl, Zwiebeln und Rote Beete färben.

• Erkenne die synthetischen Farbstoffe.

  Tipps

  Welche Farbstoffgruppen zählen zu den synthetischen Farbstoffen?

  Lösung

  Synthetische Farbstoffgruppen

  Triephenylmethan: Drei Benzolringe sind um ein Kohlenstoffatom angeordnet. Triphenylmetan ist farblos, aber die Derivate sind bunt.

  Azofarbstoffe: Bestehen aus dem Grundgerüst des Azobenzols. Das bedeutet, dass zwei Benzolringe durch zwei Stickstoffatome verbunden werden.

  Natürliche Farbstoffe und Farbmittel

  Natürliche Farbstoffe und Farbmittel werden aus Pflanzen und Tieren gewonnen.

• Entscheide, ob die angegebenen Strukturformeln farbig sind oder nicht.

  Tipps

  Welche Bestandteile benötigt ein organisches Molekül, um von uns als farbig wahrgenommen zu werden?

  Wie groß muss ein Molekül sein, um bunt zu sein?

  Welche Wirkung hat der Wechsel von Doppel- und Einfachbindung?

  Lösung

  Damit eine organische Struktur farbig erscheint, muss sie ein großes konjugiertes $\pi$-Elektronensystem besitzen. Das bedeutet, dass sich Einfachbindung und Doppelbindung immer abwechseln. Je länger die Kette der sich abwechselnden Einfach- und Doppelbindungen ist, umso wahrscheinlicher ist es, dass ein Molekül farbig erscheint.

  Farbigkeit von Molekülen

  Um Farben überhaupt sehen zu können, brauchen wir Licht. Weißes Licht beinhaltet das ganze Farbspektrum.

  Trifft Licht auf ein Molekül, werden die $\pi$-Elektronen in den Doppelbindungen zu Elektronensprüngen angeregt. Dabei werden Bestandteile des Lichtes absorbiert. Je ausgedehnter das $\pi$-Elektronensystem ist, um so mehr Licht wird absorbiert. Wir sehen nur den Bestandteil des Lichtes, der übrig bleibt, also adsorbiert wird. Das ist die Komplementärfarbe zu dem absorbierten Licht.

  Beispiel: Werden die grünen Bestandteile des Lichtes von einem Molekül absorbiert, so sehen wir eine rote Färbung.

• Entscheide, ob die funktionellen Gruppen auxochrom oder antiauxochrom sind.

  Tipps

  Auxochrome führen dem System freie Elektronenpaare zu.

  Auxochrome wirken als Farbvertiefer.

  Lösung

  Auxochrome und Antiauxochrome beeinflussen maßgeblich die Farbe eines Moleküls.

  Auxochrome sind Farbvertiefer, weil sie dem System freie Elektronen zuführen. Durch diese freien Elektronenpaare wird der Mesomerieeffekt vergrößert. Sie wirken sich also positiv auf die Mesomerie im Molekül aus (+M). Je größer die Mesomerie im Molekül ist, umso besser kann Licht absorbiert werden. Bsp.: Die Hydroxidgruppe ($-OH$) gilt als auxochrome funktionelle Gruppe, weil Sauerstoff in dieser Verbindung freie Elektronenpaare hat, die nicht zur Stabilisierung der Gruppe benötigt werden. Diese freien Elektronen können in das mesomere System mit eingebracht werden und wirken so farbvertiefend.

  Antiauxochrome wirken sich negativ auf die Mesomerie im Molekül aus, weil sie dem System Elektronen entziehen. Dabei verschieben sie die Absorption des Lichtes in den langwelligen Bereich, es findet eine Farbänderung statt. Bsp.: Die Stickstoffdioxidgruppe gilt als antiauxochrom, weil diese Gruppe aufgrund ihrer Ladungsverteilung zusätzliche Elektronen benötigt, um durch Mesomerie stabilisiert zu werden. Deshalb entzieht diese funktionelle Gruppe dem Farbmolekül Elektronen.

• Bestimme die Farben, die aus folgenden Naturstoffen gewonnen werden.

  Tipps

  Kann man anhand von Blüten- oder Wurzelfärbung erkennen, welchen Farbstoff eine Pflanze beinhaltet?

  Lösung

  Färben mit Pflanzen

  Bei vielen Pflanzen, die natürliche Farbstoffe und Farbmittel beinhalten, kannst du das anhand der Blütenfärbung oder dem Inneren der Wurzel erkennen. Wenn du zum Beispiel die roten Blüten von Rosen oder von Rhododendron im warmen Wasser zerstampfst, wirst du einen roten Farbstoff erhalten.

  Bei Curcuma und Krappwurz befindet sich der Farbstoff in der Wurzel. Die Wurzeln werden getrocknet und danach zermahlen. Mit dem entstandenen Pulver kann dann gefärbt werden. Auch Hölzer können Farbstoffe enthalten. Mit Walnussschalen färbte man früher Wolle oder auch Haare braun.

• Bestimme die Farben, mit denen man ein Baumwollhemd färben könnte.

  Tipps

  Zu welchen Farbgruppen gehören die einzelnen Moleküle?

  Wenn wir Stoffe färben, wollen wir, dass die Stoffe nicht so schnell ausbleichen oder beim Waschen Farbe verlieren. Was müssen die Farben sein, um diese Effekte zu erzeugen, und auf welche Farbstoffe trifft das zu?

  Lösung

  Farben, die zum Färben von Textilien genutzt werden, müssen waschecht und lichtecht sein.

  Waschecht bedeutet, dass sich die Farbe beim Waschen nicht wieder vom gefärbten Stoff löst. Lichtecht bedeutet, dass sich die Farben auch bei längerer Sonneneinstrahlung nicht verändern und schnell ausbleichen.

  Um eine waschechte Farbe zu erzeugen, muss sich eine Farbe mit der Faser fest verbinden. Dafür eignen sich Naturfarbstoffe. (wie z.B. Flavon, Hämatein) und Azofarbstoffe (wie Buttergelb und Anilingelb).

  Triphenylmethanfarbstoffe verbinden sich nicht mit der Faser und sind deshalb vor allem nicht waschecht. Diese Farbstoffe finden häufig als Indikatoren Verwendung, zum Beispiel für Säure-Base-Reaktionen.