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Max Diem. Quantenmechanische Grundlagen der Molekülspektroskopie
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Quantenmechanische Grundlagen der Molekülspektroskopie
Vorwort
Literatur
Einleitung
Literatur
1. Übergang von der klassischen Physik zur Quantenmechanik
1.1 Beschreibung von Licht als elektromagnetische Welle
1.2 Strahlung des Schwarzen Körpers
1.3 Der photoelektrische Effekt
Beispiel 1.1: Berechnung der Masse eines Elektrons, das sich mit 99,0 % der Lichtgeschwindigkeit bewegt. (Solche Geschwindigkeiten können in einem Synchrotron leicht erreicht werden.)
1.4 Absorptions- und Emissionsspektren von Wasserstoffatomen
Beispiel 1.2: Berechnung von Energie, Frequenz, Wellenlänge und Wellenzahl eines Photons, das von einem Wasserstoffatom emittiert wird, das einen Übergang von n = 6 nach n = 2 durchläuft
1.5 Molekülspektroskopie
1.6 Zusammenfassung
Aufgaben. Aufgabe 1.1
Aufgabe 1.2
Aufgabe 1.3
Aufgabe 1.4
Aufgabe 1.5
Aufgabe 1.6
Aufgabe 1.7
Aufgabe 1.8
Aufgabe 1.9
Aufgabe 1.10
Aufgabe 1.11
Aufgabe 1.12
Aufgabe 1.13
Aufgabe 1.14
Aufgabe 1.15
Aufgabe 1.16
Aufgabe 1.17
Literatur
2. Grundlagen der Quantenmechanik
2.1 Postulate der Quantenmechanik
Beispiel 2.1: Operator-Eigenwert-Problem
Beispiel 2.2
2.2 Die potenzielle Energie und Potenzialfunktionen
2.3 Demonstration der quantenmechanischen Prinzipien für ein einfaches, eindimensionales Ein-Elektronen-Modellsystem: Das Teilchen im Kasten
Beispiel 2.3
2.4 Das Teilchen in einem zweidimensionalen Kasten, das ungebundene Teilchen und das Teilchen in einem Kasten mit endlichen Energiebarrieren
2.5 Reale Teilchen im Kasten: Konjugierte Polyene, Quantenpunkte und Quantenkaskadenlaser
Beispiel 2.4
Aufgaben
Aufgabe 2.1
Aufgabe 2.2
Aufgabe 2.3
Aufgabe 2.4
Aufgabe 2.5
Aufgabe 2.6
Aufgabe 2.7
Aufgabe 2.8
Aufgabe 2.9
Aufgabe 2.10
Aufgabe 2.11
Aufgabe 2.12
Aufgabe 2.13
Literatur
3. Störung stationärer Zustände durch elektromagnetische Strahlung
3.1 Zeitabhängige Störungstheorie stationärer Zustände durch elektromagnetische Strahlung
3.2 Dipolerlaubte Absorptions- und Emissionsübergänge und Auswahlregeln für das Teilchen im Kasten
3.3 Einstein-Koeffizienten für die Absorption und Emission von Licht
Beispiel 3.1
3.4 Laser
Aufgaben. Aufgabe 3.1
Aufgabe 3.2
Aufgabe 3.3
Aufgabe 3.4
Aufgabe 3.5
Aufgabe 3.6
Literatur
4. Der harmonische Oszillator, ein Modellsystem für die Schwingungen von zweiatomigen Molekülen
4.1 Klassische Beschreibung eines schwingenden zweiatomigen Modellsystems
Beispiel 4.1: Berechnung der klassischen Schwingungsfrequenz des H-Cl-Moleküls
4.2 Die Schrödinger-Gleichung, Energieeigenwerte und Wellenfunktionen für den harmonischen Oszillator
Beispiel 4.2: Verwendung der Rekursionsformel und der analytischen Ausdrücke für H2 (z) und H3(z), um H4(z) herzuleiten
4.3 Übergangsmoment und Auswahlregeln für Absorption für den harmonischen Oszillator
4.4 Der anharmonische Oszillator
4.5 Schwingungsspektren von zweiatomigen Molekülen
Beispiel 4.3
4.6 Zusammenfassung
Aufgaben. Aufgabe 4.1
Aufgabe 4.2
Aufgabe 4.3
Aufgabe 4.4
Aufgabe 4.5
Aufgabe 4.6
Aufgabe 4.7
Aufgabe 4.8
Aufgabe 4.9
Aufgabe 4.10
Aufgabe 4.11
Aufgabe 4.12
Literatur
5. Infrarot und Raman-Schwingungsspektroskopie mehratomiger Moleküle
5.1 Schwingungsenergie mehratomiger Moleküle: Normalkoordinaten und normale Schwingungsmoden
5.2 Quantenmechanische Beschreibung molekularer Schwingungen in mehratomigen Molekülen
5.3 Infrarotabsorptionsspektroskopie
5.3.1 Symmetrieüberlegungen für dipolerlaubte Übergänge
5.3.2 Bandenformen für Absorption und anomale Dispersion
5.4 Raman-Spektroskopie. 5.4.1 Allgemeine Aspekte der Raman-Spektroskopie
5.4.2 Makroskopische Beschreibung der Polarisierbarkeit
5.4.3 Quantenmechanische Beschreibung der Polarisierbarkeit
5.5 Auswahlregeln für IR- und Raman-Spektroskopie mehratomiger Moleküle
5.6 Beziehung zwischen Infrarot- und Raman-Spektren: Chloroform
5.7 Zusammenfassung: Molekulare Schwingungen in Wissenschaft und Technologie
Aufgaben
Aufgabe 5.1
Aufgabe 5.2
Aufgabe 5.3
Aufgabe 5.4
Aufgabe 5.5
Literatur
6. Rotation von Molekülen und Rotationsspektroskopie
6.1 Klassische Rotationsenergie von zwei- und mehratomigen Molekülen
6.2 Quantenmechanische Beschreibung des Drehimpulsoperators
6.3 Die Schrödinger-Gleichung für Rotation, Eigenfunktionen und Energieeigenwerte
Beispiel 6.1
Beispiel 6.2: Analyse der Einheiten der Rotationskonstanten
6.4 Auswahlregeln für Rotationsübergänge
6.5 Rotationsabsorptionsspektren (Mikrowellenspektren) 6.5.1 Starre zweiatomige und lineare Moleküle
Beispiel 6.3
6.5.2 Prolate und oblate symmetrische Kreisel
6.5.3 Asymmetrische Kreisel
6.6 Rotationsschwingungsübergänge
Aufgaben. Aufgabe 6.1
Aufgabe 6.2
Aufgabe 6.3
Aufgabe 6.4
Aufgabe 6.5
Aufgabe 6.6
Aufgabe 6.7
Literatur
7. Atomstruktur: Das Wasserstoffatom
7.1 Die Schrödinger-Gleichung für das Wasserstoffatom
7.2 Lösungen der Schrödinger-Gleichung für das. Wasserstoffatom
Beispiel 7.1: Berechnung der numerischer Werte und Analyse der Einheiten für den Bohr-Radius und die Rydberg-Konstante von (8.7) und (8.12)
Beispiel 7.2: Berechnung der maximalen Wahrscheinlichkeit, ein 1s-Elektron zu finden
7.3 Dipolerlaubte Übergänge für das Wasserstoffatom
7.4 Diskussion der Ergebnisse für das Wasserstoffatom
7.5 Elektronenspin
7.6 Räumliche Quantisierung des Drehimpulses
Aufgaben
Aufgabe 7.1
Aufgabe 7.2
Aufgabe 7.3
Aufgabe 7.4
Aufgabe 7.5
Aufgabe 7.6
Aufgabe 7.7
Aufgabe 7.8
Aufgabe 7.9
Aufgabe 7.10
Aufgabe 7.11
Literatur
8. Kernspinresonanzspektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 8.1 Allgemeine Bemerkungen
8.2 Rückblick auf Drehimpuls und Spindrehimpuls von Elektronen
8.3 Kernspin
Beispiel 8.1
Beispiel 8.2: Analyse der Einheiten des magnetischen Moments
8.4 Auswahlregeln, Übergangsenergien, Magnetisierung und Spinpopulationsanalyse. 8.4.1 Auswahlregeln für den elektrischen Dipolübergang für ein Ein-Spin-Kern-System
8.4.2 Übergangsenergien
8.4.3 Magnetisierung
8.4.4 Analyse der Besetzung (Population) der Spinzustände
Beispiel 8.3
8.5 Chemische Verschiebung
8.6 Multispinsysteme. 8.6.1 Nicht wechselwirkende Spins
Beispiel 8.4: Bestimmung der Eigenwerte des Spin-Hamilton-Operators
8.6.2 Wechselwirkende Spins: Spin-Spin-Kopplung
8.6.3 Wechselwirkung mehrerer Spins
8.7 Puls-FT-NMR Spektroskopie. 8.7.1 Allgemeine Bemerkungen
8.7.2 Beschreibung der NMR-Vorgänge durch die „Nettomagnetisierung“
Aufgaben. Aufgabe 8.1
Aufgabe 8.2
Aufgabe 8.3
Aufgabe 8.4
Aufgabe 8.5
Aufgabe 8.6
Literatur
9. Atomstruktur: Mehr-Elektronen-Systeme. 9.1 Der Zwei-Elektronen-Hamilton-Operator, die Abschirmung und die effektive Kernladung
9.2 Das Pauli-Prinzip
9.3 Das Aufbauprinzip
9.4 Periodische Eigenschaften von Elementen
9.5 Atomenergieniveaus
9.5.1 Gute und schlechte Quantenzahlen und Termsymbole
Beispiel 9.1
Beispiel 9.2: Bestimmung der möglichen Termsymbole eines angeregten C-Atoms mit einer elektronischen Konfiguration von 1s22s22p13d1
9.5.2 Auswahlregeln für atomare Übergänge
9.6 Atomspektroskopie
9.7 Atomspektroskopie in der analytischen Chemie
Aufgaben. Aufgabe 9.1
Aufgabe 9.2
Aufgabe 9.3
Aufgabe 9.4
Aufgabe 9.5
Aufgabe 9.6
Aufgabe 9.7
Aufgabe 9.8
Aufgabe 9.9
Literatur
10. Elektronische Energieniveaus und Spektroskopie mehratomiger Moleküle
10.1 Molekülorbitale und chemische Bindung im H2+-Molekülion
10.2 Molekülorbitaltheorie für homonukleare zweiatomige Moleküle
10.3 Termsymbole und Auswahlregeln für homonukleare zweiatomige Moleküle
10.4 Elektronische Spektren von zweiatomigen Molekülen. 10.4.1 Das vibronische Absorptionsspektrum von Sauerstoff
Beispiel 10.1
10.4.2 Vibronische Übergänge und das Franck-Condon-Prinzip
10.5 Qualitative Beschreibung elektronischer Spektren mehratomiger Moleküle
10.5.1 Auswahlregeln für elektronische Übergänge
10.5.2 Gängige elektronische Chromophore
10.6 Fluoreszenzspektroskopie
10.6.1 Diagramm der Fluoreszenzenergieniveaus (Jablonski-Diagramm)
10.6.2 Interkombination (intersystem crossing) und Phosphoreszenz
10.6.3 Zwei-Photonen-Fluoreszenz (Two-Photon Fluorescence, TPF)
10.6.4 Zusammenfassung der Mechanismen für Raman-, Resonanz-Raman-und Fluoreszenzspektroskopie
10.7 Optische Aktivität: elektronischer Zirkulardichroismus (ECD) und optische Rotation. 10.7.1 Zirkular polarisiertes Licht und Chiralität
10.7.2 Manifestation der optischen Aktivität: optische Rotation, optische Rotationsdispersion und Zirkulardichroismus
10.7.3 Optische Aktivität asymmetrischer Moleküle: das magnetische Übergangsmoment
10.7.4 Optische Aktivität dissymmetrischer Moleküle: Übergangskopplung und Exzitonmodell
10.7.5 Optische Aktivität in Molekülschwingungen
Aufgaben. Aufgabe 10.1
Aufgabe 10.2
Aufgabe 10.3
Aufgabe 10.4
Aufgabe 10.5
Aufgabe 10.6
Aufgabe 10.7
Aufgabe 10.8
Aufgabe 10.9
Aufgabe 10.10
Aufgabe 10.11
Aufgabe 10.12
Aufgabe 10.13
Literatur
11. Gruppentheorie und Symmetrie
11.1 Symmetrieoperationen und Symmetriegruppen
11.2 Darstellung einer Gruppe
11.3 Symmetriedarstellungen molekularer Schwingungen
11.4 Symmetriebasierte Auswahlregeln für dipolzulässige Prozesse
11.5 Auswahlregeln für die Raman-Streuung
11.6 Charaktertafeln von gängigen Punktgruppen
Aufgaben. Aufgabe 11.1
Aufgabe 11.2
Aufgabe 11.3
Aufgabe 11.4
Aufgabe 11.5
Aufgabe 11.6
Literatur
Lösungen zu den Aufgaben. Kapitel 1. Lösung 1.1
Lösung 1.2
Lösung 1.3
Lösung 1.4
Lösung 1.5
Lösung 1.6
Lösung 1.7
Lösung 1.8
Lösung 1.9
Lösung 1.10
Lösung 1.11
Lösung 1.12
Lösung 1.13
Lösung 1.14
Lösung 1.15
Lösung 1.16
Lösung 1.17
Kapitel 2. Lösung 2.1
Lösung 2.2
Lösung 2.3
Lösung 2.4
Lösung 2.5
Lösung 2.6
Lösung 2.7
Lösung 2.8
Lösung 2.9
Lösung 2.10
Lösung 2.11
Lösung 2.12
Lösung 2.13
Kapitel 3. Lösung 3.1
Lösung 3.2
Lösung 3.3
Lösung 3.4
Lösung 3.5
Lösung 3.6
Kapitel 4. Lösung 4.1
Lösung 4.2
Lösung 4.3
Lösung 4.4
Lösung 4.5
Lösung 4.6
Lösung 4.7
Lösung 4.8
Lösung 4.9
Lösung 4.10
Lösung 4.11
Lösung 4.12
Kapitel 5. Lösung 5.1
Lösung 5.2
Lösung 5.3
Lösung 5.4
Lösung 5.5
Kapitel 6. Lösung 6.1
Lösung 6.2
Lösung 6.3
Lösung 6.4
Lösung 6.5
Lösung 6.6
Lösung 6.7
Kapitel 7. Lösung 7.1
Lösung 7.2
Lösung 7.3
Lösung 7.4
Lösung 7.5
Lösung 7.6
Lösung 7.7
Lösung 7.8
Lösung 7.9
Lösung 7.10
Lösung 7.11
Kapitel 8. Lösung 8.1
Lösung 8.2
Lösung 8.3
Lösung 8.4
Lösung 8.5
Lösung 8.6
Kapitel 9. Lösung 9.1
Lösung 9.2
Lösung 9.3
Lösung 9.4
Lösung 9.5
Lösung 9.6
Lösung 9.7
Lösung 9.8
Lösung 9.9
Kapitel 10. Lösung 10.1
Lösung 10.2
Lösung 10.3
Lösung 10.4
Lösung 10.5
Lösung 10.6
Lösung 10.7
Lösung 10.8
Lösung 10.9
Lösung 10.10
Lösung 10.11
Lösung 10.12
Lösung 10.13
Kapitel 11. Lösung 11.1
Lösung 11.2
Lösung 11.3
Lösung 11.4
Lösung 11.5
Lösung 11.6
Anhang A. Konstanten und Umrechnungsfaktoren
Anhang B. Näherungsmethoden: Variations- und Störungstheorie. B.1 Allgemeine Bemerkungen
B.2 Variationsmethode
B.3 Zeitunabhängige Störungstheorie für nicht entartete Systeme
B.4 Detailliertes Beispiel für eine zeitunabhängige Störung: das Teilchen im Kasten mit geneigter Potenzialfunktion
B.5 Zeitabhängige Störung molekularer Systeme durch elektromagnetische Strahlung
Literatur
Anhang C. Nicht lineare spektroskopische Methoden
C.1 Allgemeine Formulierung nicht linearer Effekte
C.2 Nicht kohärente, nicht lineare Effekte: Hyper-Raman-Spektroskopie
C.3 Kohärente nicht lineare Effekte
C.3.1 Frequenzverdopplung
C.3.2 Kohärente Anti-Stokes-Raman-Streuung (CARS)
C.3.3 Stimulierte Raman-Streuung (SRS) und femtosekundenstimulierte Raman-Streuung (FSRS)
C.4 Nachbemerkung
Literatur
Anhang D. Fourier-Transformationsmethodik. D.1 Einführung in die Fourier-Transformationsspektroskopie
D.2 Datendarstellung in verschiedenen Domänen
D.3 Fourier-Serie
D.4 Fourier-Transformation
D.5 Diskrete und schnelle Fourier-Transformationsalgorithmen
D.6 FT-Implementierung in EXCEL oder MATLAB
Literatur
Anhang E. Beschreibung der Spinwellenfunktionen durch Pauli-Spinmatrizen
E.1 Die Formulierung der Spin-Eigenfunktionen α und β als Vektoren
E.2 Form der Pauli-Spinmatrizen
E.3 Eigenwerte der Spinmatrizen
Literatur
Stichwortverzeichnis. Symbole
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
Z
WILEY ENDBENUTZER-LIZENZVEREINBARUNG
