2. Klausur zur Vorlesung Physikalische Chemie II - Wintersemester 02/ Februar 2003, Uhr

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Eike Beyer
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1 2. Klausur zur Vorlesung Physikalische Chemie II - Wintersemester 02/ Februar 2003, Uhr Name, Vorname:... Geburtsdatum, -ort:... Matrikelnummer:... Studienfach, Fachsemester:... Hinweise - Bitte Namen auf jedes Blatt schreiben. - Auch Blatt-Rückseiten beschreiben. - Ggf. weitere leere Blätter vom Assistenten verlangen, keine mitgebrachten Blätter abgeben. - Zugelassene Hilfsmittel sind sämtliche Aufzeichnungen und Bücher sowie Taschenrechner. - Auch der Lösungsweg wird bewertet und muss daher festgehalten werden. - Verlassen des Platzes/Saales nur nach Meldung beim Assistenten. - Täuschungsversuch ( i. bes. Mobiltelefon außerhalb des Saales ) führt zum Ausschluss von der Klausur. - Die Punktezahl dieser und der 2. Klausur werden zusammengezählt, so dass insgesamt 100 Punkte erreichbar sind. Mindestens 50 Punkte werden für den Klausurschein benötigt. Aufgabe Punkte erreicht Punkte erreichbar Gesamtpunktzahl: 50

2 Aufgabe 1 Molekülspektroskopie: a) Erläutern Sie, warum der Übergang von J = 0 J = 1 in Mikrowellenspektren schwerer zu beobachten ist, als z.b. der Übergang J = 1 J = 2. (2 Punkte) Zwei konkurrierende Effekte: a) größte Besetzung nach Boltzmann exp { Bj ( j + 1) / kt}, aber b) niedrigster Entartungsgrad: = 1. Es gilt: N N gesamt { Bj( j 1) / kt} ( 2 j + 1) exp + = q b) Welche Mechanismen tragen zur Verbreiterung der Absorptionsbanden in Rotations- Schwingungsspektren bei Gasen bei? Lebensdauer, Stoßverbreiterung, Doppler-Effekt c) Welche molekularen Voraussetzungen müssen gegeben sein, damit eine Molekülschwingung mittels Infrarotspektroskopie beobachtet werden kann? Voraussetzung ist ein Dipolmoment und Dipolmoment muß sich mit der Schwingung dµ (Schwingungskoordinate) ändern: 0 ; x=schwingungskoordinate dx d) Welche Eigenschaften und Parameter bestimmen die Stärke einer Absorptionsbande in der Molekülspektroskopie (Rotations-, Schwingungs- und Elektronenspektroskopie)? (2 Punkte) Besetzungszahl des Ausgangszustands, Übergangsdipolmoment, e) Gegeben ist für eine Verbindung X der Koeffizient der spontanen Absorption mit 1 1 ε SA = L mol cm bei 500 nm. Die Fluoreszenzquantenausbeute ist φ = und die Lebensdauer des S 1 -Zustandes ist 10 s. Wie groß ist der Koeffizient der induzierten Emission ε IS bei 500 nm? ε IS = ε SA f) Wodurch unterscheidet sich ein Triplett-Zustand von einem Singulett-Zustand? Gesamtspin der Elektronen S ist 0 (Singulett) oder 1 (Triplett): Damit gilt für die Multiplizität M des Gesamtspins M = 2 S + 1 Singulett: antiparallele Ausrichtung der Spins: S = = 1 Triplett: parallele Ausrichtung der Spins: S = = 3

3 Aufgabe 2 Die Rotations-Absorptionslinie J = 0 J = 1 liegt für 12 C 16 O bei Hz und für? C 16 O bei Hz. Bestimmen Sie die Masse des unbekannte Kohlenstoff-Isotops. (10 Punkte)

4 Aufgabe 3 HCl besteht aus 75% H 35 Cl und zu 25% aus H 37 Cl. Das Rotations-Schwingungs-Spektrum von natürlichem HCl besteht daher aus der Überlagerung von zwei Bandensystemen (siehe Abbildung). a) Berechnen Sie den Unterschied in der Grundschwingungsfrequenz unter der Annahme, daß beide Molekülsorten dieselbe Kraftkonstante besitzen k = 490 N / m. Vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit dem Spektrum in der Abbildung. (Tip: Kleiner Effekt! Rechnen Sie bis mindestens zur 3. Nachkommastelle!)) b) Berechnen Sie aus der Lage des ersten Peaks im R-Zweig die Bindungsabstände in H 35 Cl und in H 37 Cl und überprüfen Sie, ob unterschiedliche Isotope einen nennenswerten Einfluß auf die Bindungslängen haben. (10 Punkte)

6 Aufgabe 4 5 Die wäßrige Lösung einer Substanz A der Konzentration 3 10 mol / L in einer Küvette der Länge 7,5 mm besitzt für Licht der Wellenlänge 250 nm eine Transmission von 44,75% des einfallenden Lichtes. a) Berechnen Sie den Extinktionskoeffizienten ε A bei 250 nm. 6 b) Wenn eine Substanz B in einer Konzentration von 3 10 mol / L hinzugegeben wird, findet man, daß nur noch 35 % des Lichtes bei 250 nm durchgelassen werden. Wie groß ist der Extinktionskoeffizient ε B der zweiten Substanz bei 250 nm? Vernachlässigen Sie die Volumenzunahme der Lösung bei Zugabe von B. (10 Punkte)

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