Aufgabe 2 · Abitur NRW Physik GK · Photonen in der Zahnmedizin 2026

Thema: Atomhülle und Spektren · Aus der Prüfung GK · Photonen in der Zahnmedizin (2026)

Aufgabenstellung

Material 2: Kunststofffüllungen

Kunststofffüllungen bestehen aus einer Kombination von Materialien. Die Aushärtung ist ein chemischer Prozess im Material. Zum Auslösen dieses Prozesses müssen lichtsensitive Initiatoren (Photoinitiatoren) aktiviert werden, die sich in der Kunststofffüllung befinden. Dies geschieht durch Bestrahlung mit Photonen bestimmter Wellenlängen.

Es gibt unterschiedliche Photoinitiatoren, wobei in Abbildung 1 die Absorptionsspektren von zweien dieser Photoinitiatoren dargestellt sind.

Für eine Zahnfüllung kommen unterschiedliche Füllmaterialien in Frage (M 2). Bevor die jeweilige Füllung aushärten kann, muss sie jedoch stets im Zahn angepasst werden. Bei der Beleuchtung des Mundraumes während der Anpassung der Füllung kommt es auf geeignetes Licht an, damit der Zahnarzt gut arbeiten kann.

a)

Begründen Sie mithilfe von Material 2, welcher Wellenlängenbereich bei Verwendung des Photoinitiators Campherchinon ausgeschlossen werden muss.

Nach der Anpassung erfolgt die Aushärtung der Füllung durch Beleuchtung mit einer Polymerisationslampe. Im Folgenden wird vereinfacht nur der Prozess betrachtet, bei dem der Photoinitiator Lucirin mit Licht der Wellenlänge für maximale relative Absorption (M 2, Abb. 1) bestrahlt wird.

b)

Stellen Sie diesen Prozess der Absorption grafisch mithilfe eines vereinfachten Energieniveauschemas dar.

Berechnen Sie dazu die Energiedifferenz zwischen Ausgangsniveau und angeregtem Niveau.

Aufgabenstellung: Aufgabe 2 · Abitur NRW Physik GK · Photonen in der Zahnmedizin 2026

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

a) Begründen Sie mithilfe von Material 2, welcher Wellenlängenbereich bei Verwendung des Photoinitiators Campherchinon ausgeschlossen werden muss.

Lösung: Sichtbares Licht unterhalb von ca. 520 nm (bzw. ca. 380 nm bis 520 nm).

b) Berechnen Sie dazu die Energiedifferenz zwischen Ausgangsniveau und angeregtem Niveau.

Lösung: 3,23{,}2 eV / 5,2⋅10−195{,}2\cdot 10^{-19} J

b) Stellen Sie diesen Prozess der Absorption grafisch mithilfe eines vereinfachten Energieniveauschemas dar.

Lösung: Ein vereinfachtes Energieniveauschema mit zwei Niveaus: - Unteres Niveau: „Zustand vor der Aushärtung“ - Oberes Niveau: „Zustand für die Aushärtung“ - Pfeil nach oben mit Beschriftung ΔE=3,2 eV\Delta E = 3{,}2\,\text{eV} - Einfallendes Photon als Wellenlinie mit Pfeil: λ=385 nm\lambda = 385\,\text{nm}

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