Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 1 Eigenschaften des Photons Das Photon ist...

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Eigenschaften des Photons

Das Photon ist das Energiequant der elektromagnetischen Wellen,d.h. Licht hat wie von Einstein postuliert nicht nur Wellencharakter,sondern auch Teilchencharakter mit den oben angegebenen Eigen-schaften (Einstein bekam den Nobelpreis für den photoelektrischen Effekt und nicht wie gemeinhin angenommen für die Relativitätstheorie).

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Teilchencharakter des Photons aus:

Photoeffekt Comptonstreuung Gravitation

Plancksche Temperaturstrahlung

Wellencharakter des Elektrons aus:

Interferenz bei Beugung an Kristallen oder Doppelspalt

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Wechselwirkung zwischen Photonen und Materie

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Wechselwirkungen zwischen Photonen und Materie

pe: Photoeffekt; : Rayleighstreuung; : Comptonstreuung; : nuc Paarproduktion im Kernfeld; :

e Paarproduktion im Elektronenfeld; : gdr Absorption des Photons vom Kern (Quelle: http://physics.nist.gov/PhysRefData)

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De-Broglie Beziehung

Photon: E=hv=hc/ und E2=p2c2+m2c4

Daher: für m=0 gilt: E=pc=hc/ oder

p=h/ (de Broglie)

Um Interferenzen der Elektronen zu erklärenpostulierte de Broglie das diese Beziehungauch für Teilchen gilt!

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Winkelabhängigkeit der Rutherford-Streuung

Rutherford konnte zeigen, dassdie 1/sin4(θ/2) Abhängigkeit derWinkelverteilung gerade die CoulombStreuung an einer punktförmigenLadung entspricht.

Ze= Ladung des Kerns2e= Ladung des He-Atoms

Interpretation: Masse von Goldatom schwerer als Masse von 4He Atomund diese Masse ist konzentriert in einem Kern mit einem Radius R von ca. 10-12 cm mit Ladung Ze.

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Vollständiges Termschema des H-Atoms

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Frank-Hertz Versuch beweist Energie Quantelung der Energieniveaus

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Auswahlregeln für erlaubte Übergänge

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Räumliche Einstellung eines Drehimpulses: 2l+1 Einstellungen

Eigenfunktionen des Drehimpulsoperators sind die Kugelflächenfunktionen.Für jedes Paar Quantenzahlen l,m gibt es eine eigene Funktion Yl,m(,φ)

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Zusammenfassung Spin des Elektrons

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Zusammenfassung Spin-Bahn-Kopplung

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Energieverschiebung durch Spin-Bahn-Kopplung

2L.S und

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Der anomale Zeeman-Effekt (mit Spin) (= Normalfall!)

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Berechnung des Landé-Faktors

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Paschen-Back-Effekt

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Vektormodell für J=L+S

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Röntgenstrahlung

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Aufbau eines Lasers

3 Komponenten: Medium mit metastabilen Energieniveaus Resonator mit Spiegeln Energiequelle zum Pumpen

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Um die Elektronen in einen angeregten Zustand zu bringen, muß der Laser "gepumpt" werden. Dies kann z.B. durch Gasentladung, Licht oder andere Laser geschehen. Bei einem 3-Niveau-Laser wird dabei ein Elektron in ein noch höheres Energieniveau gebracht und fällt dann wieder auf das Energieniveau E2 zurück (siehe Skizze). Die dabei entstehende Energie wird als Wärme abgegeben.

Pumpen eines Lasers

Freq. desLasers:

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Periodensystem mit Elektronen-Konfiguration

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Elektronenanordnung im Grundzustand

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Beispiel der QZ für die np2 Konfiguration

B S

S AA S

A S

A S

S A

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Verbotene QZ

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Homonukleare Moleküle

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sp-Hybridisierung

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Heteronukleare Moleküle

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Vielatomige Moleküle

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sp3-Hybridwellenfunktion

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Zusammenfassung Schwingungen

denn dann symmetrische Ladungsverteilung

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Zusammenfassung: Molekülare Rotation

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Rotation-und Vibrationsspektren

P

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Wichtigste Auswahlregeln bei der Rotations-Schwingungsspektroskopie:

Rotations-Schwingungspektroskopie

n=1 für Schwingungenl=1,0 für Rotationen

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Energieniveaus bei Raman Streuung.Die Liniendicke ist proportional zur Intensität.

IR und Raman Spektroskopie