Quantenmechanische Grundlagen der Molekülspektroskopie

1. Auflage 2021
ISBN: 978-3-527-34790-2
Verlag: Wiley-VCH GmbH

Buch, Deutsch, 332 Seiten, Format (B × H): 174 mm x 238 mm, Gewicht: 686 g

Schlägt die Brücke zwischen Quantentheorie und Spektroskopie!

Spektroskopie ist das Arbeitspferd zur Struktur- und Eigenschaftsaufklärung von Molekülen und Werkstoffen. Um die verschiedenen spektroskopischen Methoden verstehen, kompetent anwenden und die Ergebnisse interpretieren zu können, ist grundlegendes Wissen der Quantenmechanik erforderlich: Konzepte wie stationäre Zustände, erlaubte und verbotene Übergänge, Elektronenspin und Elektron-Elektron-, Elektron-Photon- und Elektron-Phonon-Wechselwirkung sind die Grundlagen jeglicher spektroskopischen Methode.

Quantenmechanische Grundlagen der Molekülspektroskopie führt ein in die quantenmechanischen Grundlagen der Molekülspektroskopie, geschrieben vom Standpunkt eines erfahrenen Anwenders spektroskopischer Methoden. Das Lehrbuch vermittelt das notwendige Hintergrundwissen, um Spektroskopie zu verstehen: Energie-Eigenzustände, Übergänge zwischen diesen Zuständen, Auswahlregeln und Symmetrie. Zahlreiche Spektroskopiearten werden diskutiert, etwa Fluoreszenz-, Oberflächen-, Raman-, IR- und Spin-Spektroskopie.

* Perfekte Balance: ausreichend Physik und Mathematik, um Spektroskopie zu verstehen, ohne die Leserinnen und Leser mit unnötigem Formalismus zu überfrachten

* Relevantes Thema: spektroskopische Methoden werden in allen Bereichen der Chemie, Biophysik, Biologie und Materialwissenschaften angewandt

* Auf die Bedürfnisse Studierender zugeschnitten: der Autor ist ein erfahrener Hochschullehrer, der auch schwierige Aspekte verständlich vermittelt

* Hervorragende Didaktik: detaillierte Erklärungen und durchgerechnete Beispiele unterstützen das Verständnis; zahlreiche Aufgaben mit Lösungen im Anhang erleichtern das Selbststudium

Geschrieben für Studierende der Chemie, Biochemie, Materialwissenschaften und Physik, bietet Quantenmechanische Grundlagen der Molekülspektroskopie umfassendes Lernmaterial zum Verständnis der Molekülspektroskopie.

Autoren/Hrsg.

Diem, Max

Fachgebiete

• Naturwissenschaften Chemie Analytische Chemie Massenspektrometrie, Spektroskopie, Spektrochemie
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde Werkstoffprüfung
• Naturwissenschaften Physik Angewandte Physik Biophysik

Inhaltsverzeichnis

Vorwort
Einführung

1 ÜBERGANG VON DER KLASSISCHEN PHYSIK ZUR QUANTENMECHANIK
1.1 Beschreibung von Licht als Welle
1.2 Schwarzkörperstrahlung
1.3 Photoelektrischer Effekt
1.4 Absorption und Emission von H-Atomen
1.5 Molekülspektroskopie
1.6 Zusammenfassung

2 GRUNDSÄTZE DER QUANTENMECHANIK
2.1 Postulate der Quantenmechanik
2.2 Erlaubte Energie und Eigenfunktionen
2.3 Demonstration quantenmechanischer Prinzipien für ein einfaches eindimensionales Ein-Elektronen-Modellsystem: Das Teilchen-in-einer-Box ("TiB")
2.4 Zweidimensionales TiB, das freie Teilchen und das TiB mit endlichen Energiebarrieren
2.5 Real-World-TiBs: Polyene, Quantenpunkte und Quantenkaskadenlaser

3 STATIONÄRE ZUSTÄNDE UNTER EINFLUSS ELEKTROMAGNETISCHER STRAHLUNG
3.1 Zeitabhängige Störungstheorie von stationären Zustandssystemen durch EM-Strahlung
3.2 Dipol-erlaubte Übergangs- und Auswahlregeln für das TiB
3.3 Einstein-Koeffizienten für die Absorption und Emission von Licht
3.4 Laser

4 DER HARMONISCHE OSZILLATOR, EIN MODELLSYSTEM FÜR ZWEIATOMIGE MOLEKÜLE
4.1 Die Schrödinger-Gleichung des harmonischen Oszillators, Energieeigenwerte und Wellenfunktionen
4.2 Das Übergangsmoment für den harmonischen Oszillator
4.3 Reale zweiatomige Moleküle, Anharmonizität
4.4 Infrarot-Absorptionsspektroskopie an zweiatomigen Molekülen

5 SCHWINGUNGS-INFRAROT- UND RAMANSPEKTROSKOPIE MEHRATOMIGER MOLEKÜLE
5.1 Schwingungsenergie mehratomiger Moleküle
5.2 Übergangsmomente und symmetriebasierte Auswahlregeln bei der Absorption
5.3 Polarisierbarkeit, Raman-Streuung und symmetriebasierte Auswahlregeln bei der Streuung
5.4 Praktische Infrarot- und Raman-Spektroskopie

6 ROTATION STARRER MOLEKÜLE: ROTATIONSSPEKTROSKOPIE
6.1 Klassische Rotationsenergie
6.2 Quantenmechanik der Rotationsspektroskopie, Auswahlregeln
6.3 Rotationsschwingungsübergänge

7 WASSERSTOFFATOM UND VIELELEKTRONENATOME
7.1 Eigenfunktionen, Eigenwerte und Orbitale für das Wasserstoffatom
7.2 Vielelektronenatome, Slater-Orbitale und das Periodensystem
7.3 Atomspektren

8 ELEKTRONISCHE ZUSTÄNDE UND SPEKTROSKOPIE MEHRATOMIGER MOLEKÜLE
8.1 Elektronische Energieniveaus mehratomiger Moleküle
8.2 Ultraviolette und sichtbare Spektroskopie mehratomiger Moleküle

9 WECHSELWIRKUNG VON ELEKTRONISCHER UND SCHWINGUNGSENERGIE
9.1 Einführung in die Schwingungstheorie
9.2 Fluoreszenzspektroskopie
9.3 Jüngste Fortschritte und biologische Anwendungen der Fluoreszenzspektroskopie

10 SPIN-ZUSTÄNDE UND SPIN-SPEKTROSKOPIE
10.1 Der Drehimpulsoperator und Spin-Zustände
10.2 Übergänge zwischen Spinzuständen
10.3 Grundlegende Kernspinresonanzspektroskopie

Anhang I. Konstanten und ihre Zahlenwerte
Anhang II. Mathematische Prinzipien
Anhang III. Störungsmethoden
Anhang IV. Gruppentheorie
Anhang V. Fouriertransformationen und Fouriertransformationsspektroskopien

Über Autor(innen)

Max Diem ist emeritierter Professor in der Abteilung für Chemie und chemische Biologie an der Northeastern University, Massachusetts, USA. Sein Diplom erhielt er von der Universität Karlsruhe (jetzt Karlsruhe Institut für Technologie), seine Promotion beendete er an der Universität von Toledo in Ohio, USA. Seine Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung physikalisch-optischer Methoden für die medizinische Diagnostik.