Atom- und Molekülphysik SS 2004 (Gliederung) 1. Einleitung/Übersicht 2. Grundlegende Experimente zur Entwicklung der Atomvorstellung 3. Experimente, die zur Quantenphysik führen 4. Energiezustände des Wasserstoffatoms 5. Mehrelektronenatome. Periodensystem 6. Emission und Absorption elektromagnetischer Strahlung durch Atome 7. Laser 8. Molekülbau und Molekülspektren 9. Moderne Methoden der Atom- und Molekülphysik Atom- und Molekülphysik Gliederung 1. Einleitung/Übersicht (8.4.) 2. Grundlegende Experimente zur Entwicklung der Atomvorstellung (8.4., 11.4., 15.4.,22.4, 25.4.) 3. Experimente, die zur Quantenphysik führen (25.4., 29.4., 2.5., 6.5.) 4. Aufbau des Wasserstoffatoms. Atomspektren (6.5., 9.5.,13.5.,16.5.) 5. Mehrelektronenatome. Periodensystem (16.5.,20.5.,23.5.) 6. Emission und Absorption elektromagnetischer Strahlung durch Atome (30.5., 3.6., 6.6.) 7. Laser (17.6., 20.6.) 8. Molekülbau und Molekülspektren (24.6., 27.6., 1.7., 4.7., ) 9. Moderne Methoden der Atom- und Molekülphysik (8.7.,11.7.,15.7.)

Besonders empfohlene Literatur: W.Demtröder: Experimentalphysik 3, Springer Berlin, 2.Aufl. , 2000 H.Haken, H.C.Wolf: Atom- und Quantenphysik , Springer Berlin, 7.Aufl. 2001 H.Haken, H.C.Wolf: Molekülphysik und Quantenchemie, Springer Berlin , 4.Aufl. 2003 G.Otter,R.Honecker: Atome-Moleküle-Kerne, Bd.I Atomphysik, Bd.II Molekül- und Kernphysik.Bd III Atome:Fragen und Antworten Teubner Stuttgart 1998,1996,2001 Weitere Hinweise: [1] Back,E., Lande,A.: Zeemaneffekt und Multiplettstruktur der Spektrallininen. Springer Berlin 1925 [2] Bauer;H.A.: Atomphysik. Springer,Wien 1951 [3] Czech, W.: Entwicklung der Atommodelle, In: Praxis der Naturwissenschaften - Physik 3/83 S. 93 [4] Erkoç,S., Uzer,T.: Atomic and molecular Physics. World Scientific 1996 [5] Fano,U., Fano,L.: Physics of Atoms and Molecules. Chicago Press (Russ.Übersetzung Moskva 1980) [6] Herzberg,G.: Atomspektren und Atomstruktur. Steinkopff Dresden 1936. Herzberg,G.:Einführung in die Molekülspektroskopie. Steinkopff Darmstadt, 1973 Herzberg,G.:Molecular spectra and molecular structure.Vol.1:Spectra of diatomic molecules.Princeton 1945, 658 S. Herzberg,G.:Molecular spectra and molecular structure.Vol.2:Infrared and Raman spectra of polyatomic molecules.Princeton 1945,632 S. [7] Hund,F.: Theorie des Aufbaus der Materie. Teubner Stuttgart 1961 [8] Huber, P. / Staub, H. H.: Einführung in die Physik, Band III, 1 u. 2 Teil, Atomphysik, Ernst Reinhardt Verlag Basel 1970 [9] Kacher, H./ Meyer, H.: Skriptum Atomphysik, 2.Auflage, Springer-Verlag Berlin 1988 [10] Kalvius, G. M./ Luchner, K./ Vonach, H.: Physik IV, Physik der Atome und Moleküle, Physik der Wärme, 4. Auflage, Oldenbourg Verlag München Wien 1995 [8] Kneubühl, F. K.: Repetitorium der Physik, 4. Auflage, B. G. Teubner Stuttgart 1990 [9] Kuhn, W.: Physik, Band III E, Quantenphysik, Georg Westermann Verlag Braunschweig 1976 [10] Kuhn, W.: Entwicklung der Atomvorstellungen in der Zeit von 1900 bis 1920 Teil 2, In: Praxis der Naturwissenschaften - Physik 3/92, S. 39-40 [11] May, A.: Moderne Schulexperimente zum Rutherfordschen Atommodell, In: Praxis der Naturwissenschaften - Physik 3/83, S. 83-88 [12] Modinos,A.: Quantum Thgeory of Matter. Wiley 1996 [13] Schiff,L.I.: Quantum Mechanics. McGraw-Hill New York 1955 [14] Schubert, M. / Weber, G.: Quantentheorie, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 1993 [15] Schwaneberg, R.: Die Brownsche Bewegung im Unterricht der Sekundarstufe I und II, In: Physica didactica 13, Heft 1, 1986 [16] Sommerfeld,A.: Atombau und Spektrallinien, Bd I (8.Aufl.) H.Deutsch 1978. Bd.II (2.Aufl.) Vieweg 1944 [17] Steinrück, Vorlesung: Einführung in die Physik III, Universität Würzburg, WS 1996/97 [18] Wilson, D.: Rutherford. Hodder and Stoughton London 1983

2. Grundlegende Experimente zur Entwicklung der Atomvorstellung 2.1 Naturkonstanten mit Bezug zur Atomphysik NA= 6.022 141 99(47) x 1023 mol-1 R=(8.314471 0.000014) J mol-1 K-1 kB= 1.380 6503(24) x 10-23 J K-1 F= 96 485.3415(39) C mol-1 R=NA kB Cp- Cv = R NA e = F NA = (mmV / m) (n / VEZ ) 2.2 Atomgröße Stoßquerschnitt 2.3 Elektrische Ladung e = 1.602 176 462(63) x 10-19 C e/m= 1.758 820 174(71) x 1011 C kg-1

Ablenkung im elektrischen u. magnetischen Feld Klassischer Elektronenradius Wiensches Filter me = 9.109 381 88(72) x 10-31 kg Brechungsgesetz

2.4 Atommassen Streuquerschnitt

3. Experimente, die zur Quantenphysik führen 3.1 Teilchencharakter elektromagnetischer Strahlung mT = w = 2.897 7686(51)10-3 m K En =n h  h=6.626 068 76(52) x 10-34 J s =4.135 667 27(16) x 10-15 eV s Wkin=h - Wa=eU m0 =0

3.2 Wellencharakter von Teilchen mp=1.672 621 58(13) x 10-27 kg mn=1.674 927 16(13) x 10-27 kg me =9.109 381 88(72) x 10-31 kg µn = -0.966 236 40(23) x 10-26 J T-1 µp = 1.410 606 633(58) x 10-26 J T-1 µe= -928.476 362(37) x 10-26 J T-1

3.3 Quantenstruktur der Atome x p  /2 3.3 Quantenstruktur der Atome µ=me

4 Energiezustände des Wasserstoffatoms 4.1 Lösungen der Schrödingergleichung für Einelektronenatome

4.3 H-Atom im äußeren Magnetfeld. En,l,m=Ecoul(n,l) + BmB

En,l,j =En +(a/2) [j(j+1) - l(l+1) - s(s+1)]

4.4 H-Atom im äußeren elektrischen Feld 5. Mehrelektronenatome. Periodensystem n 2S+1LJ Hundsche Regeln: (i) Der Term mit maximalem Gesamtspin ist der stabilste .Die Stabilität nimmt mit abnehmendem S ab. (ii) Für gegebenes S (Multiplizität bekannt ) ist der Zustand mit maximalem Bahndrehimpuls L der stabilste. (iii) Bei gegebenem S und L ist der minimale Gesamtdrehimpuls J der stabilste, wenn eine teilgefüllte Unterschale weniger als halb gefüllt ist. Dagegen gehört das maximale J zum stabilsten Zustand ,wenn die Schale mehr als halb gefüllt ist.