Eine Größe, viele Einheiten
In der Spektroskopie beschreibt jede Disziplin Licht in ihrer eigenen Einheit. Die Infrarot- und Raman-Spektroskopie arbeitet mit der Wellenzahl in reziproken Zentimetern, die UV-Vis-Spektroskopie mit der Wellenlänge in Nanometern, die Physik oft mit Frequenz oder Photonenenergie in Elektronenvolt. Alle diese Größen beschreiben dasselbe und lassen sich exakt ineinander umrechnen.
Die Wellenzahl gibt an, wie viele Wellenlängen auf einen Zentimeter passen. Sie ist proportional zur Energie, deshalb steigt sie mit der Schwingungsenergie einer Bindung. Eine Carbonylgruppe schwingt bei etwa 1715 cm⁻¹, eine O-H-Streckschwingung um 3300 cm⁻¹. Die Wellenlänge verhält sich dagegen umgekehrt proportional.
Der Umrechner verwendet die seit 2019 exakt festgelegten SI-Werte für Lichtgeschwindigkeit, Planck-Konstante und Elementarladung. Zusätzlich gibt er die Energie pro Mol Photonen an, die sich mit Bindungs- und Reaktionsenergien vergleichen lässt, sowie den Spektralbereich vom Röntgen- bis zum Mikrowellenbereich.
ν̃ (cm⁻¹) = 10⁷ ÷ λ (nm); f = c·ν̃; E = h·c·ν̃; E (eV) ≈ 1239,84 ÷ λ (nm); E_mol = E·N_A
Einsatz in IR, Raman und UV-Vis
Im Infrarotspektrum liegen die charakteristischen Banden organischer Moleküle zwischen 4000 und 400 cm⁻¹, das entspricht Wellenlängen von 2,5 bis 25 µm. Der sogenannte Fingerprint-Bereich unterhalb von etwa 1500 cm⁻¹ ist für jede Verbindung typisch. Wer ein IR-Spektrum mit Literaturdaten in Mikrometern vergleicht, rechnet mit diesem Werkzeug schnell um.
In der Raman-Spektroskopie gibt man die Verschiebung gegenüber dem Anregungslaser als Wellenzahldifferenz an. Um die absolute Wellenlänge einer Raman-Linie zu finden, rechnen Sie die Laserwellenlänge in eine Wellenzahl um, ziehen die Raman-Verschiebung ab und rechnen zurück. Bei 532 nm Anregung und 1000 cm⁻¹ Verschiebung liegt die Linie bei etwa 562 nm.
Die angegebenen Wellenlängen gelten im Vakuum. Viele Spektrometer und Tabellen im sichtbaren Bereich nennen Wellenlängen in Luft, die wegen der Brechzahl um etwa 0,03 Prozent kürzer sind. Bei hochauflösenden Messungen, etwa in der Atomspektroskopie, spielt dieser Unterschied eine Rolle, im Routinelabor meist nicht.
Für Photonenenergie und Farbe sichtbaren Lichts eignet sich auch der Photonenenergie-Rechner, für den Zusammenhang von Frequenz, Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit beliebiger Wellen der Wellenlängen-Rechner. Die Spektralbereiche sind gerundete Konventionen; die Grenzen werden in der Literatur nicht einheitlich gezogen.
Tipps und typische Fehler
Spektren lesen.
- IR: In cm⁻¹.
- UV-Vis: In nm.
- Raman: Verschiebung.
- Vakuum: Oder Luft.
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Häufige Fragen
Wie rechne ich Wellenzahl in Wellenlänge um?
Wellenlänge in nm = 10.000.000 geteilt durch die Wellenzahl in cm⁻¹.
Warum wird in der IR-Spektroskopie die Wellenzahl verwendet?
Weil sie direkt proportional zur Energie der Molekülschwingung ist.
Wie viel Energie hat ein Photon mit 500 nm?
Etwa 2,48 eV oder 239 kJ/mol.
Welcher Wellenzahlbereich gilt für IR-Spektren?
Typisch 4000 bis 400 cm⁻¹, entsprechend 2,5 bis 25 µm.
Wie viel eV hat 1 cm⁻¹?
Etwa 0,000124 eV, also 1 eV entspricht rund 8066 cm⁻¹.
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- cm-1 in nm
- Wellenzahl in Wellenlänge
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- IR Wellenzahl umrechnen
- nm in cm-1
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