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Grundlagen der Elektronenspektroskopie

Theorie der Anregung und Deaktivierung von Molekülen

AutorHermann Rau
VerlagWiley-VCH
Erscheinungsjahr2015
Seitenanzahl350 Seiten
ISBN9783527692699
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis66,99 EUR
Quantenmechanische Aspekte der Erzeugung und Deaktivierung angeregter Elektronenzustände stellen die theoretische Grundlage der Elektronenspektroskopie dar. Ausgehend vom Experiment wird zunächst die Beschreibung von Molekülzuständen durch Wellenfunktionen eingeführt. Didaktisch geschickt folgt eine ausführliche Diskussion der Erzeugung von angeregten Zuständen, zusätzlich wird auch das Thema 'optische Aktivität' erläutert. Die verschiedenen Kanäle der Deaktivierung angeregter Zustände werden umfassend diskutiert, mit einem besonderen Schwerpunkt auf strahlungsloser Deaktivierung durch Elektronenübertragung. Aufbauend auf langjährigen Vorlesungsnotizen optimal zum vorlesungsbegleitenden Lernen, Dank des modularen Aufbaues aber auch zum punktuellen Nachschlagen und Auffrischen von Wissen geeignet!

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Cover1
Titelseite5
Impressum6
Inhaltsverzeichnis7
Vorwort11
Einleitung13
1 Experimentelle Daten15
1.1 Was beobachtet man bei Versuchen zur UV/VIS-Spektroskopie?15
1.2 Zusammenfassung22
Teil I Zustände23
2 Der Zustandsraum25
2.1 Materiewellen und Wellenfunktionen25
2.1.1 Quantelung25
2.1.2 Die elektronische -Funktion27
2.2 Zustände34
2.2.1 Die Lösungen der Schrödinger-Gleichung34
2.2.2 Der vollständige Zustandsraum36
2.2.3 Der unvollständige Zustandsraum40
2.2.4 Die Energie im Zustandsraum42
2.2.5 Der Elektronenspin44
2.3 Beschreibung von Molekülzuständen durch Wellenfunktionen48
2.3.1 Elektronen und Kerne: Molekülschwingungen und die Born-Oppenheimer-Näherung48
2.3.2 Ermittlung der -Funktionen von Elektronenzuständen54
2.3.3 Kann man die Orbitalenergien messen?73
2.4 Symmetrie75
2.4.1 Butadien und die Charakterentafeln mit irreduziblen Darstellungen79
2.4.2 Benzol und die mehrdimensionalen Darstellungen84
2.4.3 Formaldehyd, sigma-, n- und pi-Elektronen89
2.5 Zusammenfassung91
Teil II Absorption – Erzeugung von angeregten Zuständen93
3 Anregung von ,,reinen“ Zuständen95
3.1 Die zeitabhängige Störungstheorie95
3.2 Der Störoperator H' des Strahlungsfeldes98
3.3 Die Störung eines molekularen Systems durch ein elektromagnetisches Wechselfeld100
3.3.1 Die Dipolnäherung101
3.3.2 Höhere Multipolnäherungen103
3.3.3 Auswahlregeln104
3.4 Vibronische Zustände, Franck-Condon-Prinzip107
3.5 Verbindung zur praktischen Spektroskopie113
3.5.1 Absorptionsspektrum und Übergangsdipolmoment114
3.5.2 Absorptionsspektrum und Dipollänge116
3.5.3 Absorptionsspektrum und Oszillatorenstärke117
3.5.4 Beispiel trans-Azobenzol120
3.6 Optische Aktivität121
3.6.1 Phänomen121
3.6.2 Der Störoperator für die optische Aktivität123
3.6.3 Die Absorption von unpolarisiertem Licht durch eine enantiomere Form chiraler Moleküle124
3.6.4 Die Absorption von zirkularpolarisiertem Licht durch eine enantiomere Form chiraler Moleküle126
3.7 Zusammenfassung131
4 Mischung von Zuständen durch Störpotenziale133
4.1 Zeitunabhängige Störungstheorie133
4.2 Schwingungsinduzierte Übergänge137
4.3 Singulett-Triplett-Übergänge144
4.3.1 Mischung von Singulett- und Triplettzuständen146
4.3.2 Der Spin-Bahn-Wechselwirkungsoperator148
4.3.3 Ein Beispiel153
4.4 Molekülaggregate155
4.4.1 Der Grundzustand eines Dimeren155
4.4.2 Anregungszustände156
4.4.3 Auswahlregeln159
4.4.4 Höhere Aggregate162
4.5 Induzierte Optische Aktivität164
4.5.1 Asymmetrische Störung durch Punktladungen164
4.5.2 Asymmetrische Störung durch isotrop polarisierbare Gruppen169
4.5.3 Störung durch anisotrop polarisierbare Gruppen174
4.5.4 Sektorenregeln178
4.6 Zusammenfassung182
Teil III Deaktivierung angeregter Zustände185
5 Der angeregte Zustand187
5.1 Eigenzustände und Nichteigenzustände187
5.2 Deaktivierungsprozesse190
5.3 Zusammenfassung193
6 Deaktivierung durch Strahlung195
6.1 Der Anregungszustand195
6.2 Stimulierte Emission196
6.3 Spontane Emission198
6.3.1 Die Einstein-Koeffizienten198
6.3.2 Die Lebensdauer200
6.4 Verbindung zur praktischen Spektroskopie201
6.4.1 Bestimmung der Quantenausbeute mithilfe von Absorptionsdaten201
6.4.2 Bestimmung der Quantenausbeute mithilfe von Standardproben204
6.5 Lichtverstärkung204
6.6 Zusammenfassung206
7 Strahlungslose Deaktivierung209
7.1 Internal Conversion211
7.1.1 Präparation des Ausgangszustands und seine Deaktivierung211
7.1.2 Der ,,Mechanismus“ der strahlungslosen Deaktivierung216
7.1.3 Modellvorstellungen der strahlungslosen Deaktivierung,Kopplung der vibronischen Zustände227
7.1.4 Resümee244
7.2 Intersystem Crossing245
7.3 Energieübertragung246
7.3.1 Singulett-Singulett-Energieübertragung:Der Förster-Mechanismus251
7.3.2 Triplett-Triplett-Energieübertragung: Der Dexter Mechanismus260
7.3.3 Resümee263
7.4 Elektronenübertragung264
7.4.1 Die klassische und halbklassische Theorien der Elektronenübertragung267
7.4.2 Die quantenmechanische Behandlung der Elektronentransferreaktion289
7.4.3 Resümee316
7.5 Zusammenfassung317
Anhang A Die zeitliche Entwicklung eines präparierten Zustands unter einer Störung321
Anhang B Berechnungen325
B.1 Umrechnung der Formel ...325
B.2 Berechnung der Absorptionswahrscheinlichkeit326
Anhang C Übergänge eines Systems von einer auf die andere Potenzialfläche329
Anhang D Ableitung der Schwingungsfunktion n(xi) nach der Koordinate333
Anhang E Skizze der Entwicklung der Formel von Levich und Dogonadze335
Anhang F Fermi's Golden Rule339
Literaturverzeichnis343
Stichwortverzeichnis345
EULA352

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