Quantenmechanische Grundlagen der Molekülspektroskopie (eBook)

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.

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

Das vorliegende Buch hilft, die komplexen Zusammenhänge zu verstehen.
DGZfP (07.07.2021)