Die wichtigsten Aspekte der Grundlagen zwei- und mehratomiger Moleküle und ihrer Spektren werden umfassend und leicht verständlich dargestellt. Die Einführung elementarer Begriffe der Gruppentheorie und ihrer Bedeutung für die Molekülphysik ermöglicht eine elegante Beschreibung mehratomiger Moleküle und ihrer Symmetrien.
Inhaltsverzeichnis
1;Vorwort zur 2. Auflage;13 2;Vorwort zur 1. Auflage;15 3;1 Einleitung;17 3.1;1.1 Kurzer historischer Überblick;18 3.2;1.2 Molekülspektren;20 3.3;1.3 Neuere Entwicklungen;24 3.4;1.4 Übersicht über das Konzept dieses Buches;26 4;2 Elektronische Zustände von Molekülen;31 4.1;2.1 Adiabatische Näherung und der Begriff des Molekülpotentials;31 4.1.1;2.1.1 Quantenmechanische Beschreibung eines freien Moleküls;31 4.1.2;2.1.2 Separation von Elektronen- und Kernwellenfunktionen;34 4.1.3;2.1.3 Born-Oppenheimer-Näherung;36 4.1.4;2.1.4 Adiabatische Näherung;38 4.2;2.2 Abweichungen von der adiabatischen Näherung;39 4.3;2.3 Potentiale, Kurven und Flächen, Molekül-Termdiagramme und Spektren;41 4.4;2.4 Elektronische Zustände zweiatomiger Moleküle;45 4.4.1;2.4.1 Exakte Behandlung des starren H+2 -Moleküls;46 4.4.2;2.4.2 Klassifizierung elektronischer Molekülzustände;52 4.4.3;2.4.3 Elektronenkonfigurationen und elektronische Zustände;60 4.4.4;2.4.4 Molekülorbitale und Aufbauprinzip;65 4.4.5;2.4.5 Korrelationsdiagramme;68 4.5;2.5 Näherungsverfahren zur Berechnung elektronischer Wellenfunktionen;71 4.5.1;2.5.1 Das Variationsverfahren;72 4.5.2;2.5.2 Die LCAO-Näherung;73 4.6;2.6 Anwendung der Näherungsverfahren auf Einelektronensysteme;76 4.6.1;2.6.1 Eine einfache LCAO-Näherung für das H+2 -Molekül;76 4.6.2;2.6.2 Mängel des einfachen LCAO-Verfahrens;79 4.6.3;2.6.3 Verbesserte LCAO-Näherungslösungen;81 4.7;2.7 Mehrelektronen-Moleküle;84 4.7.1;2.7.1 Molekülorbitale und Einteilchen-Näherung;84 4.7.2;2.7.2 Das H2-Molekül;87 4.7.3;2.7.3 Die Heitler-London-Näherung;91 4.7.4;2.7.4 Verbesserungen beider Verfahren;92 4.7.5;2.7.5 Äquivalenz von Heitler-London- und MO-Näherung;93 4.7.6;2.7.6 Allgemeiner Ansatz;94 4.8;2.8 Moderne Ab-initio-Methoden;94 4.8.1;2.8.1 Die Hartree-Fock-Näherung;95 4.8.2;2.8.2 Konfigurations-Wechselwirkung;97 4.8.3;2.8.3 Ab-initio-Rechnungen und Quantenchemie;98 5;3 Rotation, Schwingung und Potentialkurven zweiatomiger Moleküle;101 5.1;3.1 Quantenmechanische Behandlung;101
5.2;3.2 Rotation zweiatomiger Moleküle;103 5.2.1;3.2.1 Der starre Rotator;103 5.2.2;3.2.2 Zentrifugalaufweitung;105 5.2.3;3.2.3 Der Einfluss der Elektronenrotation;107 5.3;3.3 Molekülschwingungen;109 5.3.1;3.3.1 Der harmonische Oszillator;109 5.3.2;3.3.2 Der anharmonische Oszillator;112 5.4;3.4 Schwingungs-Rotations-Wechselwirkung;118 5.5;3.5 Termwerte des schwingenden Rotators, Dunham-Entwicklung;120 5.5.1;3.5.1 Termwerte für das Morse-Potential;120 5.5.2;3.5.2 Termwerte für ein allgemeines Potential;121 5.5.3;3.5.3 Dunham-Entwicklung;121 5.5.4;3.5.4 Isotopie-Verschiebung;122 5.6;3.6 Bestimmung von Potentialkurven aus gemessenen Termwerten;123 5.6.1;3.6.1 Die WKB-Näherung;124 5.6.2;3.6.2 WKB-Näherung und Dunham-Potentialentwicklung;127 5.6.3;3.6.3 Andere Potentialentwicklungen;128 5.6.4;3.6.4 Das RKR-Verfahren;128 5.6.5;3.6.5 Die IPA-Methode;132 5.7;3.7 Potentialkurven bei großen Kernabständen;135 5.7.1;3.7.1 Multipolentwicklung;136 5.7.2;3.7.2 Induktionsbeiträge zum Wechselwirkungspotential;137 5.7.3;3.7.3 Lennard-Jones-Potential;142 6;4 Die Spektren zweiatomiger Moleküle;145 7;4.1 Übergangswahrscheinlichkeiten;146 7.1;4.1.1 Einstein-Koeffizienten;146 7.2;4.1.2 Übergangswahrscheinlichkeiten und Matrixelemente;149 8;Matrixelemente in Born-Oppenheimer-Näherung;152 8.1;4.2 Struktur der Spektren zweiatomiger Moleküle;154 8.1.1;4.2.1 Schwingungs-Rotations-Spektren;154 8.1.2;4.2.2 Reine Schwingungs-Übergänge im gleichen elektronischen Zustand;156 8.1.3;4.2.3 Reine Rotations-Übergänge;158 8.1.4;4.2.4 Schwingungs-Rotations-Übergänge;161 8.1.5;4.2.5 Elektronische Übergänge;163 8.1.6;4.2.6 R-Zentroid-Näherung; das Franck-Condon-Prinzip;164 8.1.7;4.2.7 Die Rotationsstruktur elektronischer Übergänge;170 8.1.8;4.2.8 Auswahlregeln für elektronischen Übergänge;174 8.1.9;4.2.9 Kontinuierliche Spektren;174 8.2;4.3 Linienprofile von Spektrallinien;177 8.2.1;4.3.1 Natürliche Linienbreite;178 8.2.2;4.3.2 Doppler-Verbreiterung;180 8.2.3;4.3.3 Voigt-Profile;183 8.2.4;4.3.4 Stoßverbrei
terung von Spektrallinien;184 8.3;4.4 Mehrphotonen-Übergänge;187 8.3.1;4.4.1 Zwei-Photonen-Absorption;188 8.3.2;4.4.2 Raman-Übergänge;191 8.3.3;4.4.3 Raman-Spektren;194 8.4;4.5 Thermische Besetzung von Molekülniveaus;196 8.4.1;4.5.1 Thermische Besetzung von Rotationsniveaus;196 8.4.2;4.5.2 Besetzung von Schwingungs-Rotations-Niveaus;197 8.4.3;4.5.3 Kernspin-Statistik;198 9;5 Molekülsymmetrien und Gruppentheorie;201 9.1;5.1 Symmetrieoperationen und Symmetrieelemente;201 9.2;5.2 Grundbegriffe der Gruppentheorie;205 9.3;5.3 Molekulare Punktgruppen;207 9.4;5.4 Klassifizierung der molekularen Punktgruppen;210 9.4.1;5.4.1 Die Punktgruppen Cn, Cnv und Cnh;211 9.4.2;5.4.2 Die Punktgruppen Dn, Dnd und Dnh;214 9.4.3;5.4.3 Sn-Punktgruppen;216 9.4.4;5.4.4 Die Punktgruppen T, Td, O und Oh;216 9.4.5;5.4.5 Wie findet man die Punktgruppe eines Moleküls?;217 9.5;5.5 Symmetrietypen und Darstellungen von Gruppen;219 9.5.1;5.5.1 Die Darstellung der C2v-Gruppe;220 9.5.2;5.5.2 Die Darstellung der C3v-Gruppe;222 9.5.3;5.5.3 Charaktere und Charaktertafeln;223 9.5.4;5.5.4 Summe, Produkt und Reduktion von Darstellungen;224 10;6 Rotation und Schwingungen mehratomiger Moleküle;231 10.1;6.1 Transformation vom Laborsystem in das molekülfeste Koordinatensystem;232 10.2;6.2 Molekülrotation;235 10.2.1;6.2.1 Der starre Rotator;235 10.2.2;6.2.2 Der symmetrische Kreisel;239 10.2.3;6.2.3 Quantenmechanische Behandlung der Rotation;240 10.2.4;6.2.4 Zentrifugalaufweitung des symmetrischen Kreisels;243 10.2.5;6.2.5 Der asymmetrische Kreisel;244 10.3;6.3 Schwingungen mehratomiger Moleküle;249 10.3.1;6.3.1 Normalschwingungen;250 10.3.2;6.3.2 Beispiel: Berechnung der Streckschwingungen eines linearen Moleküls AB2;253 10.3.3;6.3.3 Entartete Schwingungen;254 10.3.4;6.3.4 Quantenmechanische Behandlung;256 10.3.5;6.3.5 Nichtharmonische Schwingungen;258 10.3.6;6.3.6 Kopplungen zwischen Schwingung und Rotation;260 11;7 Elektronische Zustände mehratomiger Moleküle;265 11.1;7.1 Molekülorbitale;265 11.2;7.2 Hybridisie
rung;268 11.3;7.3 Dreiatomige Moleküle;273 11.3.1;7.3.1 Das BeH2-Molekül;273 11.3.2;7.3.2 Das H2O-Molekül;275 11.3.3;7.3.3 Das CO2-Molekül;278 11.4;7.4 AB2-Moleküle und Walsh-Diagramme;280 11.5;7.5 Moleküle mit mehr als drei Atomen;282 11.5.1;7.5.1 Das NH3-Molekül;283 11.5.2;7.5.2 Formaldehyd;284 12;7.6 -Elektronen-Systeme;285 12.1;7.6.1 Butadien;286 12.2;7.6.2 Benzol;287 13;8 Die Spektren mehratomiger Moleküle;289 13.1;8.1 Reine Rotationsspektren;289 13.1.1;8.1.1 Lineare Moleküle;290 13.1.2;8.1.2 Symmetrische Kreisel-Moleküle;292 13.1.3;8.1.3 Asymmetrische Kreisel-Moleküle;293 13.1.4;8.1.4 Intensitäten der Rotationsübergänge;294 13.1.5;8.1.5 Symmetrieeigenschaften der Rotationsniveaus;296 13.1.6;8.1.6 Statistische Gewichte und Kernspin-Statistik;298 13.1.7;8.1.7 Linienprofile der Absorptionslinien;300 13.2;8.2 Schwingungs-Rotationsübergänge;300 13.2.1;8.2.1 Auswahlregeln und Intensitäten von Schwingungsübergängen;301 13.2.2;8.2.2 Fundamental-Übergänge;305 13.2.3;8.2.3 Oberton- und Kombinationsbanden;307 13.2.4;8.2.4 Rotationsstruktur der Schwingungsbanden;309 13.3;8.3 Elektronische Übergänge;311 13.4;8.4 Fluoreszenz- und Raman-Spektren;315 14;9 Zusammenbruch der Born-Oppenheimer-Näherung, Störungen in Molekülspektren;321 14.1;9.1 Was ist eine Störung?;321 14.1.1;9.1.1 Quantitative Behandlung von Störungen;324 14.1.2;9.1.2 Adiabatische und diabatische Basis;325 14.1.3;9.1.3 Störungen zwischen zwei Niveaus;327 14.2;9.2 Die Hundschen Kopplungsfälle;328 14.3;9.3 Diskussion der verschiedenen Störungen;330 14.3.1;9.3.1 Elektrostatische Wechselwirkung;331 14.3.2;9.3.2 Spin-Bahn-Kopplung;333 14.3.3;9.3.3 Rotationsstörungen;335 14.3.4;9.3.4 Vibronische Kopplung;338 14.3.5;9.3.5 Renner-Teller-Kopplung;340 14.3.6;9.3.6 Jahn-Teller-Effekt;342 14.3.7;9.3.7 Prädissoziation;344 14.3.8;9.3.8 Autoionisation;345 14.4;9.4 Strahlungslose Übergänge;348 15;10 Moleküle in äußeren Feldern;353 15.1;10.1 Diamagnetische und paramagnetische Moleküle;354 15.2;10.2 Zeeman-Effekt in linearen Mol
ekülen;356 15.3;10.3 Beeinflussung der Spin-Bahn-Kopplung durch ein äußeres Magnetfeld;363 15.4;10.4 Moleküle in elektrischen Feldern, Stark-Effekt;366 16;11 Van-der-Waals-Moleküle und Cluster;371 16.1;11.1 Van-der-Waals-Moleküle;373 16.2;11.2 Cluster;377 16.2.1;11.2.1 Alkali-Cluster;380 16.2.2;11.2.2 Edelgas-Cluster;383 16.2.3;11.2.3 Wasser-Cluster;383 16.2.4;11.2.4 Cluster mit kovalenter Bindung;384 16.3;11.3 Herstellung von Clustern;386 17;12 Experimentelle Techniken in der Molekülphysik;389 17.1;12.1 Mikrowellen-Spektroskopie;390 17.2;12.2 Infrarot- und Fourier-Spektroskopie;394 17.3;12.3 Klassische Spektroskopie im sichtbaren und ultravioletten Bereich;400 17.4;12.4 Laserspektroskopie;408 17.4.1;12.4.1 Laser-Absorptionsspektroskopie;408 17.4.2;12.4.2 Spektroskopie im Laserresonator;412 17.4.3;12.4.3 Absorptionsmessungen mit Hilfe der Abklingzeit eines Resonators;413 17.4.4;12.4.4 Ionisations-Spektroskopie;415 17.4.5;12.4.5 Photo-akustische Spektroskopie;416 17.4.6;12.4.6 Lasermagnetische Resonanz-Spektroskopie;416 17.4.7;12.4.7 Laser-induzierte Fluoreszenz;417 17.4.8;12.4.8 Laserspektroskopie in Molekularstrahlen;419 17.4.9;12.4.9 Opto-Thermische Spektroskopie in Molekularstrahlen;422 17.4.10;12.4.10 Fourier-Spektroskopie mit optischem Frequenzkamm;424 17.4.11;12.4.11 Doppler-freie nichtlineare Laserspektroskopie;426 17.4.12;12.4.12 Mehrphotonenspektroskopie;430 17.4.13;12.4.13 Doppelresonanz-Techniken;432 17.4.14;12.4.14 Kohärente Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie;435 17.4.15;12.4.15 Zeitaufgelöste Laserspektroskopie;436 17.4.16;12.4.16 Femto-Chemie;440 17.4.17;12.4.17 Kohärente Kontrolle;442 17.5;12.5 Photoelektronen-Spektroskopie;444 17.5.1;12.5.1 Experimentelle Anordnungen;445 17.5.2;12.5.2 Photoionisationsprozesse;447 17.5.3;12.5.3 ZEKE-Spektroskopie;448 17.5.4;12.5.4 Winkelverteilung der Photoelektronen;450 17.5.5;12.5.5 Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie XPS;451 17.5.6;12.5.6 Photo-Detachment Spektroskopie;452 17.6;12.6 Massenspektroskopie;454 17.6.1;12
.6.1 Magnetische Massenspektrometer;455 17.6.2;12.6.2 Quadrupol-Massenspektrometer;456 17.6.3;12.6.3 Flugzeit-Massenspektrometer;457 17.6.4;12.6.4 Ionen-Zyklotron Resonanz-Massenspektrometer;458 17.7;12.7 Radiofrequenz-Spektroskopie;460 17.8;12.8 Magnetische Kernresonanz-Spektroskopie;462 17.9;12.9 Elektronenspin-Resonanz;465 17.10;12.10 Schlussbemerkung;468 18;Anhang;471 19;Literatur;475 20;Index;495
