P.Knoll

 

Vorlesung: Molekülphysik, 2st. WS95/96

Zielgruppe:

Diese Vorlesung richtet sich an Studierende der Physik (Wahlfach Diplomstudium) und benachbarter Fächer im 2. Studienabschnitt

Inhalt:

Ausgehend von einer mehr phänomenologischen Betrachtungsweise der Moleküleigenschaften wird der Übergang zu einer quantenmechanisch fundierten Beschreibung des Grundzustandes und der Anregungszustände der Moleküle vollzogen. Ziel der Vorlesung ist, Grundlage zu schaffen für die Interpretation von experimentellen Ergebnissen und für ein tieferes Verständnis der Eigenschaften der Materie. Details sind dem umfangreich gehaltenen Inhaltsverzeichnis zu entnehmen.

Voraussetzungen:

Prinzipielle Kenntnisse aus Quantenmechanik, Atom- Molekül -und Festkörperphysik aus dem 1.Studienabschnitt. Diese Voraussetzungen werden am Beginn der Vorlesung in komprimierter Form wiederholt.

Methodik:

Die scheinbare Zweigleisigkeit von beobachteten und phänomenologisch beschriebenen Moleküleigenschaften einerseits und den quantenmechanischen Modellvorstellungen andererseits soll im Rahmen dieser Vorlesung abgebaut werden. Das Zusammenspiel von Modellvorstellung, Beobachtung und gezielt gesetzten Experimenten zum Verständnis der physikalischen Eigenschaften von Materie soll anhand einfacher Moleküle nähergebracht werden.

 

Laufende Informationen über die Vorlesung können auch über das Internet am WWW mit der Adresse http://stilzchen/~pgk/molphys.ps.Z als Postscriptfile abgerufen werden.

 

 

 

Inhalt

 

 

1. Einleitung

1.1 Überblick und Einführung:

Methodik der Naturwissenschaften, Grenzen zwischen Mathematik, theoretischer Physik, experimenteller Physik, Chemie

1.2 Wiederholung:

wichtige Voraussetzungen aus Atom- Molekül- Festkörperphysik, Thermodynamik, Statistik und Quantenmechanik

2. Eigenschaften von Molekülen

2.1 Thermodynamische Eigenschaften

2.1.1 Masse, Volumen, Radius

2.1.2 Energie, Enthalpie, Entropie, molare Wärmekapazität, Wärmeleitung

2.2 Elektrischen Eigenschaften

2.2.1 Polarisierbarkeit

2.2.2 Dia-Elektrizität

2.2.3 Para-Elektrizität

2.2.4 Ionenleitung (Elektrolyte)

2.2.5 Elektrochemie (Elektrolyse, chem. Potential)

2.3 Optische Eigenschaften

2.3.1 Brechung und Absorption (frequenzabhängige, komplexe dielektrische Funktion)

2.3.2 Infraroter Spektralbereich

2.3.3 Sichbarer Spektralbereich

2.3.4 Ultravioletter und Röntgen-Spektralbereich

2.3.5 Elektro-Optische Effekte (Kerr-Effekt, Stark-Effekt)

2.4 Magnetische Eigenschaften

2.4.1 Dia-Magnetismus

2.4.2 Para-Magnetismus

2.4.3 Kernspinresonanz (NMR)

3. Die Chemische Bindung

3.1 Allgemeine Betrachtungen

3.2 Bindungsarten

3.2.1 Ionische Bindung

3.2.2 Kovalente Bindung

3.2.2.1 H2+

3.2.2.2 H2- Molekül

3.2.3 Van der Waals'sche Bindung

3.2.4 H-Brückenbindung

3.2.5 Metallbindung

3.3 Ionenterme, Bezeichnungen bei Molekülen

4. Physikalische Beschreibung der Moleküle

4.1 Der Gesamtzustand

4.2 Trennung der Elektronen- und Kernbewegungen

(Born-Oppenheimer und adiabatische Näherung)

4.3 Abspaltung der Rotationen und Translationen von den Schwingungen

4.4 Beschreibung der elektronischen Zustände

4.4.1 Einelektronennäherung (Mean-field Näherung)

Das Variationsprinzip (SCF und Hartree-Fock)

Molekülorbitale (LCAO, Hybridisierung, Hückel, CNDO etc.)

Valenzbond- Methode

4.4.2 Vielelektronenzustände und "Corelation effects" ("Hubbard model")

4.5 Beschreibung der vibronischen Zustände

4.5.1 Die harmonische Näherung

4.5.2 Koordinatensysteme für mehratomige Moleküle

4.5.3 Bestimmung der Kraftkonstanten aus spektroskopischen Daten

4.5.4 Einige besondere Schwingungen (Beispiele)

Der Amoniak-Laser

4.6 Rotationen

4.6.1 Lineare Moleküle

4.6.2 Symmetrischer Kreisel

4.6.3 Asymmetrischer Kreisel

4.7 Spektroskopie - Übergänge zwischen Energieniveaus

4.7.1 Die thermische Besetzung

4.7.2 Optische Übergänge (Raman- und Infrarotspektroskopie)

4.7.3 Auswahlregeln und Symmetrien

4.8 Kopplungen

4.8.1 Elektronische-vibronische Kopplung

Herzber-Teller Entwicklung

Die Condon-Näherung (Franck-Condon-Prinzip)

4.8.2 Kopplungen mit Rotationen

Der schwingende Rotator

Rotationsstrukur elektronischer Übergänge

4.8.3 Elektronisch-vibronische Kopplung im Raman-Effekt

Klassische Beschreibung

quantenmechanische Beschreibung

5. Grenzfälle

5.1 Große Moleküle

5.1.1 Polymere

5.1.2 Gläser

5.2 geordnete Moleküle

5.2.1 Langmuir-Blodgett Filme

5.2.2 Flüssigkristalle