Dieses Buch entstand wahrend eines Versuchs, Studenten der Universitat von Colorado mit einigen Aspekten der Quantenmechanik, Spektroskopie und der Struktur von Atomen und MolekUlen vertraut zu machen. Der Autor ist der Uberzeugung, daB Studenten anderer Gebiete der Chemie gegeniiber Physiko chemikern lange den Vorteil hatten, nach einem einjahrigen Grundkurs For schungsliteratur lesen zu konnen. In der physikalischen Chemie war jede adaquate Diskussion von Quantenphanomenen gewohnlich Fortgeschrittenen vorbehalten, und folglich entging vielen Studenten wahrend ihres Grundstudiums die Faszination der Bereiche der physikalischen Chemie, die sich mit Quantenmechanik befassen. AuBerdem benotigten die Studenten, die an der Forschung auf den Gebieten der Quantenmechanik und Molekiilstruktur interessiert waren, ein bis zwei Jahre dazu, sich das notwendige Grundwissen anzueignen. Eine moglichst vollstandige Einfiihrung in Quantenphiinomene wahrend des Grundstudiums ermoglicht einen friiheren Beginn der Forschung. Sie bietet den zusatzlichen Vorteil, daB Studenten wahrend des Hauptstudiums an einem Forschungsprojekt auf diesen Gebieten teilnehmen konnen. Die Behandlung von Quantenproblemen im Grund kurs der physikalischen Chemie erfordert die Auslassung bestimmter Bereiche der klassischen physikalischen Chemie. Die Diskussion, ob solch ein Vorgehen zu rechtfertigen sei oder nicht, wird sicherlich noch einige Zeit fortdauern. Der Autor vertritt jedoch die Meinung, daB es ein zwingendes Argument fiir die Ein beziehung von Quantenphanomenen gibt. Jede Diskussion iiber Quantenmechanik erfordert ein extensives neues Vokabular und eine neue Symbolik.
Dieses Buch entstand wahrend eines Versuchs, Studenten der Universitat von Colorado mit einigen Aspekten der Quantenmechanik, Spektroskopie und der Struktur von Atomen und MolekUlen vertraut zu machen. Der Autor ist der Uberzeugung, daB Studenten anderer Gebiete der Chemie gegeniiber Physiko chemikern lange den Vorteil hatten, nach einem einjahrigen Grundkurs For schungsliteratur lesen zu konnen. In der physikalischen Chemie war jede adaquate Diskussion von Quantenphanomenen gewohnlich Fortgeschrittenen vorbehalten, und folglich entging vielen Studenten wahrend ihres Grundstudiums die Faszination der Bereiche der physikalischen Chemie, die sich mit Quantenmechanik befassen. AuBerdem benotigten die Studenten, die an der Forschung auf den Gebieten der Quantenmechanik und Molekiilstruktur interessiert waren, ein bis zwei Jahre dazu, sich das notwendige Grundwissen anzueignen. Eine moglichst vollstandige Einfiihrung in Quantenphiinomene wahrend des Grundstudiums ermoglicht einen friiheren Beginn der Forschung. Sie bietet den zusatzlichen Vorteil, daB Studenten wahrend des Hauptstudiums an einem Forschungsprojekt auf diesen Gebieten teilnehmen konnen. Die Behandlung von Quantenproblemen im Grund kurs der physikalischen Chemie erfordert die Auslassung bestimmter Bereiche der klassischen physikalischen Chemie. Die Diskussion, ob solch ein Vorgehen zu rechtfertigen sei oder nicht, wird sicherlich noch einige Zeit fortdauern. Der Autor vertritt jedoch die Meinung, daB es ein zwingendes Argument fiir die Ein beziehung von Quantenphanomenen gibt. Jede Diskussion iiber Quantenmechanik erfordert ein extensives neues Vokabular und eine neue Symbolik.
Inhaltsverzeichnis
1. Mathematische Vorbemerkungen.- 1.1 Koordinatensysteme.- 1.2 Determinanten.- 1.3 Summen- und Produktschreibweise.- 1.4 Vektoren.- 1.5 Komplexe Zahlen.- 1.6 Operatoren.- 1.7 Eigenwertgleichungen.- 1.8 Zusammenfassung.- 2. Klassische Mechanik.- 2.1 Konservative Systeme.- 2.2 Ein Beispiel aus der Newtonschen Mechanik.- 2.3 Die Bewegungsgleichungen von Lagrange und Hamilton.- 2.4 Innere Koordinaten und die Bewegung des Massenzentrums.- 2.5 Die Grundlagen der klassischen Mechanik.- 2.6 Zusammenfassung.- 3. Quantenmechanik.- 3.1 Atomspektren, Strahlung des schwarzen Körpers und der lichtelektrische Effekt.- 3.2 Die Formulierungen der Quantenmechanik.- 3.3 Die Postulate der Quantenmechanik.- 3.4 Anwendungen der Postulate auf einfache Systeme.- 3.5 Störungsrechnung.- 3.6 Zusammenfassung.- 4. Spektroskopie und spektroskopische Messungen.- 4.1 Einheiten.- 4.2 Zur Frage der Absorptionsstärke.- 4.3 Überblick über die spektroskopischen Methoden.- 4.4 Zusammenfassung.- 5. Rotation und Schwingung von Molekülen.- 5.1 Das Näherungsmodell des starren Rotators.- 5.2 Reine Rotationsspektroskopie.- 5.3 Intensitäten und Auswahlregeln.- 5.4 Der harmonische Oszillator und die Schwingungsspektroskopie.- 5.5 Schwingungs-Rotations-Spektroskopie.- 5.6 Eine exaktere Theorie der Rotations-Schwingungs-Spektroskopie.- 5.7 Die Morse-Funktion, Dissoziationsenergie und die Anharmonizitätskonstante.- 5.8 Schwingungsspektroskopie komplexer Moleküle.- 5.9 Raman-Spektroskopie.- 5.10 Zusammenfassung.- 6. Die elektronische Struktur von Atomen.- 6.1 Das Wasserstoffatom und die wasserstoffähnlichen Ionen.- 6.2 Die physikalische Bedeutung der wasserstoffähnlichen Orbitale.- 6.3 Das Spektrum des atomaren Wasserstoffs: Auswahlregeln.- 6.4 Atomare Einheiten.- 6.5 Das Helium-Atom.- 6.6 Bahndrehimpuls.-6.7 Elektronenspin.- 6.8 Identische Teilchen und das Pauli-Prinzip.- 6.9 Die Theorie unabhängiger Elektronen für komplexe Atome.- 6.10 Das Aufbau-Prinzip und das Periodensystem.- 6.11 Zusammenfassung.- 7. Moleküle und chemische Bindung.- 7.1 Das Wasserstoffmolekül-Ion (Math).- 7.2 Das Variationsprinzip und die LCAO-Methode.- 7.3 Angeregte Zustände von H2.- 7.4 Das Wasserstoff-Molekül.- 7.5 Verbesserungen der Wellenfunktion für (Math).- 7.6 MO-Theorie komplexerer zweiatomiger Moleküle.- 7.7 Angeregte Zustände und Elektronenspektren zweiatomiger Moleküle.- 7.8 Lokalisierte Bindungen, Hybridorbitale und gerichtete Valenz.- 7.9 Die ?-?-Beschreibung von Äthylen und Acetylen.- 7.10 Zusammenfassung.- 8. Die elektronische Struktur konjugierter Systeme.- 8.1 Die LCAO-MO-Methode konjugierter Kohlenwasserstoffe.- 8.2 Die einfache Hückel-Methode.- 8.3 Äthylen.- 8.4 Butadien, CH2 = CH-CH = CH2.- 8.5 Die Vereinfachung quantenmechanischer Berechnungen mit Hilfe von Symmetrieeigenschaften.- 8.6 Elektronenspektren konjugierter Kohlenwasserstoffe.- 8.7 Zusammenfassung.- 9. Magnetische Elektronen- und Kernresonanzspektroskopie.- 9.1 Die Wechselwirkung eines isolierten Teilchens vom Spin 1/2 mit einem angelegten magnetischen Feld.- 9.2 EMR-Spektroskopie - Hyperfein-Wechselwirkungen.- 9.3 Kopplungskonstanten und elektronische Struktur von Molekülen.- 9.4 NMR-Spektroskopie - die chemische Verschiebung.- 9.5 NMR-Spektroskopie - Spin-Spin-Aufspaltung.- 9.6 Linienbreiten, Relaxationszeiten und die Unschärferelation.- 9.7 Zusammenfassung.- Anhang von Werner A. P. Luck.- I. Grundlagen des Molekülbaus.- II. Grundlagen der Schrödinger-Gleichung.- III. Orthogonalitätsbeziehung der Wellenfunktionen.- IV. Coulombkräfte als Ursache der Reaktionswärmen.- V. Prinzipien derMO- und LCAO-Verfahren.- VI. Einige gruppentheoretische Bemerkungen.
