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Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 1 Eigenschaften des Photons Das Photon ist das Energiequant der elektromagnetischen Wellen, d.h.

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1 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 1 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).

2 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 2 Teilchencharakter des Photons aus: Photoeffekt Comptonstreuung Gravitation Plancksche Temperaturstrahlung Wellencharakter des Elektrons aus: Interferenz bei Beugung an Kristallen oder Doppelspalt

3 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 3 Wechselwirkung zwischen Photonen und Materie

4 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 4 Wechselwirkungen zwischen Photonen und Materie pe : Photoeffekt; : Rayleighstreuung; : Comptonstreuung; : nuc Paarproduktion im Kernfeld; :Photoeffekt e Paarproduktion im Elektronenfeld; : gdr Absorption des Photons vom Kern (Quelle: http://physics.nist.gov/PhysRefData)http://physics.nist.gov/PhysRefData

5 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 5 De-Broglie Beziehung Photon: E=hv=hc/ und E 2 =p 2 c 2 +m 2 c 4 Daher: für m=0 gilt: E=pc=hc/ oder p=h/ (de Broglie) Um Interferenzen der Elektronen zu erklären postulierte de Broglie das diese Beziehung auch für Teilchen gilt!

6 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 6 Winkelabhängigkeit der Rutherford-Streuung Rutherford konnte zeigen, dass die 1/sin 4 (θ/2) Abhängigkeit der Winkelverteilung gerade die Coulomb Streuung an einer punktförmigen Ladung entspricht. Ze= Ladung des Kerns 2e= Ladung des He-Atoms Interpretation: Masse von Goldatom schwerer als Masse von 4 He Atom und diese Masse ist konzentriert in einem Kern mit einem Radius R von ca. 10 -12 cm mit Ladung Ze.

7 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 7 Vollständiges Termschema des H-Atoms

8 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 8 Frank-Hertz Versuch beweist Energie Quantelung der Energieniveaus

9 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 9 Auswahlregeln für erlaubte Übergänge

10 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 10 Räumliche Einstellung eines Drehimpulses: 2l+1 Einstellungen Eigenfunktionen des Drehimpulsoperators sind die Kugelflächenfunktionen. Für jedes Paar Quantenzahlen l,m gibt es eine eigene Funktion Y l,m (,φ)

11 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 11 Zusammenfassung Spin des Elektrons

12 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 12 Zusammenfassung Spin-Bahn-Kopplung

13 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 13 Energieverschiebung durch Spin-Bahn-Kopplung 2L.S und

14 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 14 Der anomale Zeeman-Effekt (mit Spin) (= Normalfall!)

15 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 15 Berechnung des Landé-Faktors

16 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 16 Paschen-Back-Effekt

17 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 17 Vektormodell für J=L+S

18 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 18 Röntgenstrahlung

19 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 19 Aufbau eines Lasers 3Komponenten: Medium mit metastabilen Energieniveaus Resonator mit Spiegeln Energiequelle zum Pumpen

20 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 20 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. des Lasers:

21 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 21 Periodensystem mit Elektronen-Konfiguration

22 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 22 Elektronenanordnung im Grundzustand

23 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 23 Beispiel der QZ für die np 2 Konfiguration B S SASA ASAS ASAS ASAS SASA

24 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 24 Verbotene QZ

25 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 25 Homonukleare Moleküle

26 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 26 sp-Hybridisierung

27 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 27 Heteronukleare Moleküle

28 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 28 Vielatomige Moleküle

29 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 29 sp 3 -Hybridwellenfunktion

30 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 30 Zusammenfassung Schwingungen denn dann symmetrische Ladungsverteilung

31 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 31 Zusammenfassung: Molekülare Rotation

32 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 32 Rotation-und Vibrationsspektren P

33 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 33 Wichtigste Auswahlregeln bei der Rotations- Schwingungsspektroskopie: Rotations-Schwingungspektroskopie n= 1 für Schwingungen l= 1,0 für Rotationen

34 Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 16.07.2013 34 Energieniveaus bei Raman Streuung.Die Liniendicke ist proportional zur Intensität. IR und Raman Spektroskopie


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