Eigenschaften des Photons Das Photon ist das Energiequant

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 Eigenschaften (Einstein bekam den Nobelpreis für den photoelektrischen Effekt und nicht wie gemeinhin angenommen für die Relativitätstheorie). Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 1

Teilchencharakter des Photons aus: Photoeffekt Comptonstreuung Gravitation Plancksche Temperaturstrahlung Wellencharakter des Elektrons aus: Interferenz bei Beugung an Kristallen oder Doppelspalt Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 2

Wechselwirkung zwischen Photonen und Materie Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 3

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/Phys. Ref. Data) : : : Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 4

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! Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 5

Winkelabhängigkeit der Rutherford-Streuung 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. 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 2 e= Ladung des He-Atoms Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 6

Vollständiges Termschema des H-Atoms Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 7

Frank-Hertz Versuch beweist Energie Quantelung der Energieniveaus Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 8

Auswahlregeln für erlaubte Übergänge Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 9

Räumliche Einstellung eines Drehimpulses Eigenfunktionen des Drehimpulsoperators sind die Kugelflächenfunktionen. Für jedes Paar Quantenzahlen l, m gibt es eine eigene Funktion Yl, m( , φ) Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 10

Vektormodell für J=L+S Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 11

Zusammenfassung Spin des Elektrons Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 12

Zusammenfassung Spin-Bahn-Kopplung Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 13

Energieverschiebung durch Spin-Bahn-Kopplung Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 14

Der anomale Zeeman-Effekt (mit Spin) (= Normalfall!) Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 15

Berechnung des Landé-Faktors Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 16

Paschen-Back-Effekt Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 17

Röntgenstrahlung Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 18

Aufbau eines Lasers 3 Komponenten: Medium mit metastabilen Energieniveaus Resonator mit Spiegeln Energiequelle zum Pumpen Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 19

Pumpen eines Lasers 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 E 2 zurück (siehe Skizze). Die dabei entstehende Energie wird als Wärme abgegeben. Freq. des Lasers: Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 20

Periodensystem Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 21

Elektronenanordnung im Grundzustand Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 22

Beispiel der QZ für die np 2 Konfiguration B S S A A S A S S A Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 23

Verbotene QZ Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 24

Homonukleare Moleküle Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 25

Heteronukleare Moleküle Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 26

sp-Hybridisierung Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 27

sp-Hybridisierung Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 28

Vielatomige Moleküle Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 29

sp 3 -Hybridwellenfunktion Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 30

Zusammenfassung Schwingungen denn dann symmetrische Ladungsverteilung Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 31

Zusammenfassung: Molekülare Rotation Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 32

Rotation-und Vibrationsspektren P Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 33

Rotations-Schwingungspektroskopie Wichtigste Auswahlregeln bei der Rotations. Schwingungsspektroskopie: n= 1 für Schwingungen l= 1, 0 für Rotationen Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 34

IR und Raman Spektroskopie Energieniveaus bei Raman Streuung. Die Liniendicke ist zur Intensität. Wimproportional de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle, 13. 07. 2010 35