Opaleszenz

Opaleszenz

Schwarzer Edelopal mit vollem, opalisierendem Farbenspiel
Opaleszierender Milchopal im Muttergestein (Matrix)

Als Opaleszenz wird die Farbigkeit mancher Stoffe bezeichnet, die durch die Streuung und eventuell Interferenz des Lichts an kleinen Strukturen in dem Stoff hervorgerufen wird. Die die Streuung hervorrufenden Strukturen sind dabei kleiner als die Wellenlänge des Lichts. Damit unterscheidet sich dieser Effekt von dem Dichroismus, der eine Zweifarbigkeit in homogenen Kristallen beschreibt. In vielen trüben Medien tritt die Opaleszenz auf, die aber abhängig von der Partikelgröße in die nichtfarbige Opazität übergeht.

Opal

Beim Namensgeber Opal werden diese Strukturen durch winzige Kügelchen aus hydratisiertem Kieselgel gebildet, die bei regelmäßiger Anordnung ein lebhaftes, buntfleckiges Farbspiel durch die Interferenz zeigen und nur solche Opale werden als „opalisierend“ bezeichnet. Ein ähnlicher Effekt tritt auch bei Ammoliten und Perlmutt auf, dessen Ursache jedoch im schichtförmigen Aufbau des Materials liegt.

Beim „Gemeinen Opal“ (z. B. „Milchopal“), der nur einen milchig bläulichen bis perlartigen Glanz zeigt, wird zur Unterscheidung die Bezeichnung „Opaleszenz“ (Verb: opaleszieren) verwendet.

Trübung

Meistens wird der Begriff aber zur Beschreibung einer besonderen Trübung in kolloidalen Dispersionen verwendet. Die dispergierten Teilchen sind hier ungeordnet, so dass keine Interferenzen wie beim Opal auftreten. Die Farbigkeit ergibt sich stattdessen aus der Streuung: Da die Partikel kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind, ist der Streumechanismus die wellenlängenabhängige Rayleigh-Streuung. Damit enthält das gestreute Licht einen höheren Blauanteil, das transmittierte Licht dementsprechend einen höheren Rotanteil. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die blaue Himmelsfarbe und die rötliche Sonne bei ihrem Untergang.

Übergang zur Opazität

Dabei gibt es jedoch auch einen fließenden Übergang zur Opazität: Wenn die Partikel größer als die Wellenlänge werden, wird die Rayleigh-Streuung durch die von der Wellenlänge unabhängige Mie-Streuung abgelöst. Dies führt dann dazu, dass das gestreute Licht auch mehr Rotanteile enthält, somit weißlicher wird. Insgesamt wird auch die Streuung schwächer. Damit macht sich die Farbigkeit immer weniger bemerkbar, bei reiner Opazität ist das Streulicht weiß. Dazu findet sich auch ein Beispiel in der Himmelsfarbe: Wenn viel Dunst in der Atmosphäre ist, kommen durch die Mie-Streuung weitere Weißanteile ins Streulicht. Damit wird die blaue Himmelsfarbe schwächer und weißlicher. Gleiches kann man in der Nähe des Horizonts beobachten, der ein wesentlich helleres Blau zeigt. Auch die Wolken sind deswegen weiß.

Beispiele

  • Ein Experiment dazu lässt sich einfach durchführen: In ein Glas Wasser werden wenige Tropfen Milch gegeben, so dass das Wasser trübe wird. Das milchige Wasser erscheint im Auflicht bläulich, im Durchlicht rötlich. Mit einer kleinen Lichtquelle kann auch der Tyndall-Effekt demonstriert werden.
  • Opaleszierende Medien sind Milchglas, Zahnschmelz, Rauch
  • Beim Verdünnen von Anisschnäpsen tritt der Louche-Effekt auf, eine spontane Entmischung der Alkohol-Öl-Phase, die zu kleinen Anisöl-Tröpfchen im Wasser führt, welche die Opaleszenz zeigen.
  • Flop-Lackierungen, beispielsweise bei Fahrzeugen oder Mobiltelefonen

Kritische Opaleszenz

Kritische Opaleszenz wird ein Phänomen genannt, das in Fluiden in der Nähe und am kritischen Punkt aufgrund von Dichtefluktuationen auftritt. Teile des Fluids wechseln dabei ständig zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand hin und her. Die erzeugten lokalen Schwankungen der Dichte bewegen sich in der Größenordnung des mittleren Molekülabstandes, also im Rahmen der Korrelationslänge. Nähert man sich dem kritischen Punkt, nimmt die Korrelationslänge beträchtlich zu. Die kritische Opaleszenz tritt genau dann auf, wenn die Korrelationslänge in die Größe der Wellenlänge des Lichtes kommt – denn dann kann das Licht an diesen Bereichen gestreut werden. Erreicht man den Bereich kritischer Opaleszenz, wird ergo zuerst das kurzwellige Licht gestreut; direkt am kritischen Punkt wird das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts gestreut und das Fluid erscheint milchig.

Literatur

  • Walter Schumann: Edelsteine und Schmucksteine. Alle Arten und Varietäten. 1900 Einzelstücke. 16. überarbeitete Auflage. BLV Verlag, München 2014, ISBN 978-3-8354-1171-5, S. 54.
  • Archie Kalokerinos: Opal - Edelstein der tausend Farben. Kosmos Gesellschaft für Naturfreunde, Franckh'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1981, ISBN 3-440-05021-1, S. 62 ff.

Diese Artikel könnten dir auch gefallen



Die letzten News


13.01.2021
Schnellere und stabilere Quantenkommunikation
Einer internationalen Forschungsgruppe ist es gelungen, hochdimensionale Verschränkungen in Systemen aus zwei Photonen herzustellen und zu überprüfen. Damit lässt sich schneller und sicherer kommunizieren, wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen.
12.01.2021
Elektrisch schaltbares Qubit ermöglicht Wechsel zwischen schnellem Rechnen und Speichern
Quantencomputer benötigen zum Rechnen Qubits als elementare Bausteine, die Informationen verarbeiten und speichern.
12.01.2021
ALMA beobachtet, wie eine weit entfernte kollidierende Galaxie erlischt
Galaxien vergehen, wenn sie aufhören, Sterne zu bilden.
11.01.2021
Umgekehrte Fluoreszenz
Entdeckung von Fluoreszenzmolekülen, die unter normalem Tageslicht ultraviolettes Licht aussenden.
11.01.2021
Weyl-Punkten auf der Spur
Ein Material, das leitet und isoliert – gibt es das? Ja, Forschende haben erstmals 2005 sogenannte topologische Isolatoren beschrieben, die im Inneren Stromdurchfluss verhindern, dafür aber an der Oberfläche äußerst leitfähig sind.
11.01.2021
MOONRISE: Schritt für Schritt zur Siedlung aus Mondstaub
Als Bausteine sind sie noch nicht nutzbar – aber die mit dem Laser aufgeschmolzenen Bahnen sind ein erster Schritt zu 3D-gedruckten Gebäuden, Landeplätzen und Straßen aus Mondstaub.
11.01.2021
Konstanz von Naturkonstanten in Raum und Zeit untermauert
Moderne Stringtheorien stellen die Konstanz von Naturkonstanten infrage. Vergleiche von hochgenauen Atomuhren bestätigen das jedoch nicht, obwohl die Ergebnisse früherer Experimente bis zu 20-fach verbessert werden konnten.
08.01.2021
Weder flüssig noch fest
E
08.01.2021
Mit quantenlimitierter Genauigkeit die Auflösungsgrenze überwinden
Wissenschaftlern der Universität Paderborn ist es gelungen, eine neue Methode zur Abstandsmessung für Systeme wie GPS zu entwickeln, deren Ergebnisse so präzise wie nie zuvor sind.
25.12.2020
Wie sich Sterne in nahe gelegenen Galaxien bilden
Wie Sterne genau entstehen, ist nach wie vor eines der grossen Rätsel der Astrophysik.
25.12.2020
Kartierung eines kurzlebigen Atoms
Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden, Russland und den USA unter der Leitung von Wissenschaftern des European XFEL hat Ergebnisse eines Experiments veröffentlicht, das neue Möglichkeiten zur Untersuchung von Übergangszuständen in Atomen und Molekülen eröffnet.
25.12.2020
Skyrmionen – Grundlage für eine vollkommen neue Computerarchitektur?
Skyrmionen sind magnetische Objekte, von denen sich Forscher weltweit versprechen, mit ihnen die neuen Informationseinheiten für die Datenspeicher und Computerarchitektur der Zukunft gefunden zu haben.
25.12.2020
Mysterien in den Wolken: Große Tröpfchen begünstigen die Bildung kleinerer
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) berichten die über ihre neuen Erkenntnisse, wie ausfallende große Regentropfen und Eispartikel das Wachstum von Aerosolen begünstigen können, um neue Kondensationskerne oder Eiskeimteilchen in Wolken zu erzeugen.
25.12.2020
Kollidierende Sterne offenbaren grundlegende Eigenschaften von Materie und Raumzeit
Ein internationales Wissenschaftsteam um den Astrophysikprofessor Tim Dietrich von der Universität Potsdam schaffte den Durchbruch bei der Größenbestimmung eines typischen Neutronensterns und der Messung der Ausdehnung des Universums.
25.12.2020
Endgültige Ergebnisse und Abschied vom GERDA-Experiment
Die Zeit des GERDA-Experiments zum Nachweis des neutrinolosen doppelten Betazerfalls geht zu Ende.
18.12.2020
Galaxienhaufen, gefangen im kosmischen Netz
Mehr als die Hälfte der Materie in unserem Universum entzog sich bislang unserem Blick.
18.12.2020
Zwei planetenähnliche Objekte, die wie Sterne geboren wurden
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Bern hat ein exotisches System entdeckt, das aus zwei jungen planetenähnlichen Objekten besteht, die sich in sehr grosser Entfernung umkreisen.
16.12.2020
Neuen Quantenstrukturen auf der Spur
Der technologische Fortschritt unserer modernen Informationsgesellschaft basiert auf neuartigen Quantenmaterialien.
16.12.2020
Das Protonenrätsel geht in die nächste Runde
Physiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik haben die Quantenmechanik mit Hilfe der Wasserstoffspektroskopie einem neuen bis dato unerreichten Test unterzogen und sind der Lösung des bekannten Rätsels um den Protonenladungsradius damit ein gutes Stück nähergekommen.
03.12.2020
Laborexperimente könnten Rätsel um Mars-Mond Phobos lösen
Was lässt die Oberfläche des Mars-Monds Phobos verwittern? Ergebnisse der TU Wien liefern wichtige Erkenntnisse, bald soll eine Weltraummission Gesteinsproben nehmen.
26.11.2020
Gesund bis zum Mars
Tübinger Wissenschaftlerin untersucht mit internationalem Weltraumforschungsteam die Einflüsse der Raumfahrt auf den menschlichen Körper.
26.11.2020
Stammbaum der Milchstraße
Galaxien wie die Milchstraße sind durch das Verschmelzen von kleineren Vorgängergalaxien entstanden.
26.11.2020
Nanodiamanten vollständig integriert kontrollieren
Physikerinnen und Physikern ist es gelungen, Nanodiamanten vollständig in nanophotonischen Schaltkreisen zu integrieren und gleichzeitig mehrere dieser Nanodiamanten optisch zu adressieren. Die Studie schafft Grundlagen für zukünftige Anwendungen im Bereich der Quantensensorik oder Quanteninformationsverarbeitung.
26.11.2020
Der Sonne ein Stück näher
Der Borexino-Kollaboration, an der auch Wissenschaftler der TU Dresden beteiligt sind, ist es nach über 80 Jahren gelungen, den Bethe-Weizsäcker-Zyklus experimentell zu bestätigen.
22.11.2020
Entfernungen von Sternen
1838 gewann Friedrich Wilhelm Bessel das Wettrennen um die Messung der ersten Entfernung zu einem anderen Stern mit Hilfe der trigonometrischen Parallaxe - und legte damit die erste Entfernungsskala des Universums fest.