De kleur van chemie
Dit artikel is afkomstig uit het hoofdstuk ‘Een gezonde kleur’ uit de VU-uitgave ‘De kleur van chemie’, een bundeling van informatieve brochures voor havo/vwo scholieren.
“Ultraviolet licht is zo energierijk dat sommige elektronen van hun plaats in een molecuul kunnen worden geslagen. Dat lukt niet bij elektronen die een gewone enkele binding verzorgen, maar wel bij elektronen van dubbele en drievoudige bindingen, en bij vrije elektronenparen die vaak bij zuurstof- en stikstofatomen voorkomen.
Als zo’n elektron van z’n plaats wordt geslagen, absorbeert het ultraviolet licht met een bepaalde energie of golflengte. De elektronen bij zuurstof in een stof als ethanal zitten bijvoorbeeld niet zo erg vast: ultraviolet licht met een golflengte van 290 nm is voldoende om zo’n elektron uit z’n normale toestand te slaan. De elektronen in benzeen zitten al wat steviger: daar is licht met een golflengte van 254 nm voor nodig. Nog iets meer energie is nodig voor elektronen van een dubbele binding zoals in etheen: licht met een golflengte van 185 nm.
De golflengte van het geabsorbeerde licht is sterk afhankelijk van hoe de rest van het molecuul er uit ziet. Hoe meer dubbele bindingen in een molecuul hoe lager de energie die nodig is om een elektron uit de normale toestand te krijgen. Dan is de golflengte van het geabsorbeerde licht dus groter."
Ultraviolet spectrum
“Als je precies wilt meten welke golflengte wordt geabsorbeerd door een zonnebrandmiddel of een andere stof, moet je een zogenaamd ‘ultraviolet spectrum’ opnemen. Daarbij worden achtereenvolgens de verschillende golflengten van ultraviolet licht door de stof gestuurd en een lichtgevoelige cel meet daarbij de hoeveelheid licht die bij elke golflengte doorgelaten wordt.”
“Hierboven zie je de ultraviolet spectra van een aantal stoffen weergegeven. De mate van lichtabsorptie is uitgezet tegen de golflengte van het gebruikte licht. Te zien is dat 4-aminobenzeencarbonzuur (een veelgebruikte stof in zonnebrandmiddelen) ongeveer in hetzelfde golflengtegebied absorbeert als de zonnebrandproducten. Bij 290 nm absorbeert Ambre Solaire iets beter, bij 230 nm absorbeert Nivea beter. Dit laatste is voor de werking als zonnebrandmiddel niet zo belangrijk, omdat dit soort licht (ultraviolet C) al door de atmosfeer wordt geabsorbeerd.”
Stoffen herkennen
Is het nu ook mogelijk de zaak om te draaien en te zeggen dat als je een onbekende stof hebt en je meet nauwkeurig welke golflengte van het ultraviolette licht wordt geabsorbeerd, je de stof daaraan kunt herkennen?
Professor Velthorst: “Dat is niet zo eenvoudig. Er zijn hand boeken waarin van een groot aantal stoffen het ultraviolet spectrum is afgebeeld. Bij vergelijking valt op dat deze spectra vaak erg brede pieken vertonen, en dat ze vaak veel op elkaar lijken. Dat is in de spectra duidelijk te zien bij Ambre Solaire en 4-aminobenzeencarbonzuur. De pieken zijn slechts over een klein golflengtegebiedje ten opzichte van elkaar verschoven.
De hoogten verschillen wel duidelijk, maar dat is een kwestie van concentratie. Bij een hogere concentratie van 4-aminobenzeencarbonzuur zullen de bijbehorende pieken ook hoger worden. Nee, voor herkennen van onbekende stoffen is deze methode niet echt geschikt. Daarvoor kan met veel meer succes gebruik worden gemaakt van golflengten aan de andere kant van het zichtbare licht, namelijk infrarood licht.”
Vrije Universiteit Amsterdam
Het boek ‘De kleur van chemie’ werd in 2007 uitgegeven door de Faculteit der Exacte Wetenschappen van de Vrije Universiteit Amsterdam (Afdeling Scheikunde en Farmaceutische Wetenschappen). Het is een geactualiseerde bundeling van informatieve brochures voor havo/vwo scholieren. Ze belichten de rol van de scheikunde op tal van gebieden.