Lambert-Beer-Gesetz im virtuellen Labor: Extinktion messen

Aktualisiert am 2026-10-06

Dieses Material zeigt das Lambert-Beer-Gesetz im virtuellen Labor und passt zum Fotometrie-Versuch in AP Chemistry darüber, wie die Konzentration einer farbigen Lösung das durchgelassene Licht beeinflusst. Die Lernenden schicken Licht durch eine Küvette mit Kupfer(II)-sulfat, notieren Extinktion und prozentuale Transmission bei fünf Konzentrationen und zeichnen eine Kalibriergerade. Mit der Geraden bestimmen sie die Konzentration einer Probe aus ihrer Extinktion und untersuchen dann Schichtdicke und Wellenlänge. Eine Unterrichtsstunde ergibt eine Ursprungsgerade, eine Steigung gleich εb und einen klaren Grund, warum in der Chemie bei der Wellenlänge maximaler Extinktion gemessen wird.

Lambert-Beer-Gesetz – Konzentration und Lichtabsorption farbiger Lösungen

Lehrplanbezug

AP Chemistry Unit 3, Topic 3.13 Beer–Lambert law (SAP-8.C): Die Extinktion einer Lösung hängt von ihrer Konzentration, der Schichtdicke und dem molaren Extinktionskoeffizienten ab. Das Material passt außerdem zum Guided-Inquiry-Labor von AP Chemistry zu Konzentration und durchgelassenem Licht und bereitet auf das Kolorimetrie-Labor vor, in dem der Kupfergehalt von Messing bestimmt wird.
Andere Kurse: Dieselbe Methode mit Kalibriergerade wird in den Kolorimetrie-Versuchen von IB Chemistry und A-level verwendet.

Simulic ist weder mit dem College Board noch mit AQA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt. In Deutschland passt der Versuch zur Fotometrie in der Oberstufe Chemie.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Sie verdoppeln die Konzentration von Kupfer(II)-sulfat in der Küvette. Küvette und Wellenlänge bleiben gleich. Was passiert mit der Extinktion?“

Rechnen Sie mit einer Aufteilung zwischen „verdoppelt sich“, „halbiert sich“ (Verwechslung von Extinktion und Transmission) und „steigt etwas und flacht dann ab“.

Durchführung in der Simulation

Öffnen Sie die Ansicht Lambert-Beer. Wählen Sie Kupfer(II)-sulfat.
Stellen Sie Schichtdicke b auf 1,0 cm und klicken Sie auf Bestes λ (635 nm). Klicken Sie auf Licht an.
Stellen Sie die Konzentration c auf 0,10 mol/L. Notieren Sie A, klicken Sie dann auf %T zeigen und notieren Sie %T. Klicken Sie auf Messwert speichern, um den Punkt ins Diagramm einzutragen.
Wiederholen Sie das für 0,20, 0,30, 0,40 und 0,50 mol/L.
Tragen Sie A gegen c auf, zeichnen Sie die Ausgleichsgerade und berechnen Sie ihre Steigung.
Test der Schichtdicke: Stellen Sie bei 0,20 mol/L b auf 0,5 cm und dann auf 2,0 cm. Das Verschieben des Reglers für Schichtdicke oder Wellenlänge leert das Diagramm, notieren Sie die Messwerte also in der Tabelle.
Test der Wellenlänge: Wieder bei b = 1,0 cm und 0,20 mol/L stellen Sie λ auf 450, 500, 550, 600 und 700 nm.

c (mol/L)	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50
A (b = 1,0 cm, 635 nm)
%T

Erwartete Ergebnisse

Alle Messwerte stammen aus der Simulation. Ihre Extinktionskoeffizienten sind Unterrichtswerte, vergleichen Sie sie also nicht mit Tabellenwerken.

c (mol/L)	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50
A	0,300	0,600	0,900	1,200	1,500
%T	50,12	25,12	12,59	6,31	3,16

A gegen c ist eine Ursprungsgerade mit einer Steigung von 3,00 L/mol. Da A = εbc und b = 1,0 cm, ist ε = 3,00 L mol⁻¹ cm⁻¹.
%T gegen c ist eine Kurve, keine Gerade: Jede weitere 0,10 mol/L halbiert das durchgelassene Licht.
Schichtdicke bei 0,20 mol/L: 0,5 cm ergibt A = 0,300, 1,0 cm ergibt 0,600, 2,0 cm ergibt 1,200. A ist proportional zu b.
Wellenlänge bei 0,20 mol/L: 450 nm ergibt 0,073, 500 nm 0,195, 550 nm 0,384, 600 nm 0,556, 635 nm 0,600, 700 nm 0,462. Das Maximum liegt bei 635 nm, im Orangeroten: Die Lösung absorbiert orangerotes Licht und erscheint blau.
Ablesen einer Probe: Eine Extinktion von 0,840 auf der Kalibriergeraden ergibt c = 0,840 ÷ 3,00 = 0,280 mol/L. Die Lernenden können das prüfen, indem sie c auf 0,280 mol/L stellen.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Experiment erneut gestellt) Was passiert mit der Extinktion, wenn Sie die Konzentration verdoppeln?
Welche Einstellungen müssen gleich bleiben, während Sie die Kalibriergerade erstellen?
Wie groß ist die Steigung Ihrer Geraden A gegen c bei b = 1,0 cm und 635 nm?
Eine Probe ergibt bei denselben Einstellungen A = 0,840. Wie groß ist ihre Konzentration?
Warum wird in der Chemie bei der Wellenlänge maximaler Extinktion gemessen?

Antworten für Lehrkräfte: (1) Sie verdoppelt sich: 0,300 bei 0,10 mol/L, 0,600 bei 0,20 mol/L. (2) Schichtdicke und Wellenlänge (und die Lösung). (3) 3,00 L/mol (akzeptiert 2,95–3,05). (4) 0,280 mol/L (akzeptiert 0,275–0,285). (5) Dort ist die Gerade am steilsten, sodass jede Konzentrationsänderung die größte Änderung von A ergibt. Die Methode ist am empfindlichsten, und ein kleiner Ablesefehler bei A verursacht den kleinsten Fehler bei c.

Häufige Fehlvorstellungen

„Extinktion und Transmission sind Gegenteile, also sind beide Geraden.“ Nur A ist proportional zu c. %T liegt auf einer Kurve, deshalb geben Fotometer für die Kalibrierung A an.
„Jede Wellenlänge funktioniert.“ Bei 450 nm ist die Gerade etwa achtmal flacher als bei 635 nm, daher haben die Messwerte viel größere relative Fehler.
„Eine dunklere Farbe bedeutet einen anderen Stoff.“ Ein tieferes Blau bedeutet hier nur eine höhere Konzentration oder eine größere Schichtdicke.

Erweiterung

Herausforderung unbekannte Probe: Die Simulation hat keinen Modus mit versteckter Probe, spielen Sie es also in Paaren. Eine Person stellt eine Konzentration ein und nennt nur A, während die andere weder auf den Regler noch auf die Anzeigezeile schaut. Die Partnerin oder der Partner bestimmt c mit der Kalibriergeraden und prüft dann.
Lösungen vergleichen: Wechseln Sie zu Kaliumpermanganat (bestes λ 525 nm). Sein Konzentrationsregler endet bei 0,00080 mol/L, hunderte Male niedriger als bei Kupfersulfat, und trotzdem sind die Extinktionen ähnlich. Fragen Sie, was das über ε aussagt.

Häufige Fragen

Müssen die Lernenden das Gerät mit einem Blindwert nullen?

Nicht in der Simulation: c = 0 ergibt immer A = 0,000. Im echten Labor legt eine Küvette mit Wasser den Nullpunkt fest. Erwähnen Sie das, damit die Lernenden wissen, warum die Gerade durch den Ursprung geht.

Wird die Gerade bei hoher Konzentration jemals gekrümmt?

Nein. Die Simulation folgt über ihren ganzen Bereich dem idealen Lambert-Beer-Gesetz. Echte Lösungen können bei hoher Extinktion abweichen, daher halten Labore Standards unter etwa A = 1.

Können die Lernenden damit Kupfer in Messing bestimmen?

Sie können den Schritt mit der Kalibriergeraden üben. Das Auflösen der Messingprobe und die Berechnung des Massenanteils sind nicht Teil der Simulation.