1. Einführung; Informationen zur Vorlesung. 1. Das atomistische Bild der Materie. 2. Ein kurzer Ausflug in die Quantenmechanik

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1 . ifühug; Ifoatio zu Volsug. i kuz Ausflug i di Quatchaik schwaz Stahl Copto-ffkt photolktisch ffkt Was ist Spktoskopi? Spktoskopi ist di Wchslwikug zwisch Stahlug ud Mati Stahlug Mati Wchslwikug Us sts vitulls Spktot 4. Gudlag d NMR-Spktoskopi Spis i Magtfld Päzssio Spi-Gitt-Rlaatio it Wchslwikug Ipuls-Spktoskopi Foui-Tasfoatio Wau ist di NMR sooo wichtig? 5. NMR a Flüssigkit Spi gyastics COSY NOSY ud d gaz Rst NMR istga ichtschw. Das atoistisch Bild d Mati Gudlgd pitll Bfud: Gstz d kostat Popotio (lt vbid sich i kostat Massvhältiss) Avogado-Gstz ( ol is..4 l) Faaday-Gstz ( ~ qmz - ) Kitisch Gasthoi (Ausgagspukt Tilch; sh folgich bi d ikoskopisch Dutug akoskopisch Vhalts) Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Göß is Atos:. Gastladug ato V V N ol A Hg: M kg ol - ρ kg -3 Kaalstahl ρ ol V ol.4 0 ol 4 V ato ato ol ol Luchtschi - I Kathod - Aod + Kathodstahl Luchtschi (Di Ablkug i lktisch Fld ist i dislb, uabhägig vo vwdt Kathodatial; di Ladug ist gativ) Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati

2 Abwadlug d Aodug: Ablkug d Kathodstahl i Magtfld Kaalstahl - I + Kathod - φ Aod + N S Was passit?? Kathodstahl Luchtschi gi ds glad Tilchs v qv Lotz-Kaft v qv F qv B V B q Käft, di auf das glad Tilch iwik v qb Ztiptalkaft v F Uabhägig vo Matial sultit i i kostats / Vhältis. Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Millika-Vsuch zu Bstiug d ltaladug, 909 daaus läßt sich di Mass ds lktos ittl: + oh Fld: 6π η v g F Stoks F g kg Kaalstahl-pit (positiv glad Tilch) / hägt vo Aodatial ab ((H + ) 835 ( - ) - q lta g ( v ) v v it Fld: F Stoks F l. Fld g F g 6π η v q C Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati fü i lt tt tilwis utschidlich Kaalstahl auf --> Isotop Ato bsth aus positiv ud gativ glad Tilch. Di gativ glad Tilch sid vil licht als di positiv. Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati

3 Radiuqull (α-tilch) D Ruthfod sch Stuvsuch Gold-Foli Das Dila: Wi hab s ach d skizzit Bobachtug it glad Tilch zu tu. Wä dis Tilch i Ruh, da ka sich das Syst icht i Glichgwicht bfid, wä di Tilch obil, da sollt si Stahlug aussd. Daduch vlö das Syst gi, d Abstad zwisch d Tilch vigt sich, di abgstahlt Fquz sollt kotiuilich stig. Ltztdlich fil das lkto i d K. Diss Pobl läßt sich duch di - willkülich Aah vo Nils Boh lös. Wi Si all wiss, ght diss Modll vo diskt, gquatlt gi aus. Bobachtug: Nu 0. % d Stahlug wid abglkt Ato bsth aus i K, i d ahzu di gsat Mass ds Atos vit ist. lkto füll d Rau. Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Bvo wi us it dis Modll äh bschäftig, öcht ich Ih zuächst och ial kuz iig d tschid pit is Gdächtis (zuück)uf, di d Wg fü d Sigszug ds Gdaks d gquatlt gi st öglich gacht hat. Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati D schwaz Stahl i schwaz Stahl ist i Objkt, d all Stahlug absobit, di auf ih abgstahlt wid. Glichzitig ist diss Objkt auch i idal itt vo Wästahlug. Bobachtt Itsitätsvtilug 8,00-07 Duch di Öffug ds Bhälts ka Stahlug idig. Duch Mhfachflio a d Iwäd wid ahzu all Stahlug absobit. gidicht gi po Volu u() 6, ,00-07 T 000 K Wi, 894: λ a T cost Stfa, 879 u ~ T 4 T 500 K Alltagsfahug: Jd Köp vlit gi duch Abstahlug lktoagtisch Stahlug. Dabi ist di Fquz d Stahlug popotioal zu Tpatu ds Objkts (Hizköp, Hdplatt, So,...) Di Fag, di vil Wissschaftl u 900 bschäftigt, ist di ach d spktal Itsitätsvtilug als Fufktio d Tpatu ud d Fquz. Gustav Kichhoff, 859 f(,t) Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati,00-07 T 000 K 0, ,00+000, , ,00+04 /Hz Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati

4 Bchugsvsuch ach Rayligh ud Jas, 900 Stahlugsdicht ~ Quadat d Fquz Modll: Licht wid vo Oszillato abgstahlt Ma uß also u och di Zahl d Oszillato po Fquzitvall bch ud it d gi ultiplizi u ok fü kli Fquz u() ittl gi (aus d Glichvtilugssatz d gi) <> hfst: Ultavioltt-Katastoph gidicht Azahl d Oszillato po Volu Wo ist das Pobl?? u( ) d dn dn 8π d 3 Rayligh-Jas-Gstz c Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati dn( ) <> <> <> Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati M. Plack, 909: gi ka u i diskt Potio aufgo od abggb wd. ~ h, gaz Zahl Vtilug auf di öglich Zustäd ach Boltza igtlich h ( + ½), da s sich u Oszillato hadlt d d d ( ) d ( ) ( ) P P Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati

5 u( ) d dn!!! 8π c 3 dn d D photolktisch ffkt isti, 905 (Noblpis 9) Photolkto Zu Photoissio ist i Midstfquz otwdig, si ist ab uabhägig vo d Stahlugsitsität. Di kitisch gi d - hägt u vo d Fquz d ifalld Stahlug ab. klassisch Auffassug: Zahl d - Aplitud ds Lichts Spaug ki v ki W Bobachtug: A dait lass sich all pitll Bfud klä. Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Fquz isti: Licht ist i kli Pakt, d Photo, quatisit. Di gi is Photos btägt Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Ud sost?? Was gab s och? Duch Kollisio is Photos (pojktilählich) it i - kot s zu i Hauslös ds - aus d Mativbad. Übschüssig gi (hϖ > W A ) wid i kitisch gi ds - ugwadlt. H i lktisch tladug H H* H + Übschüssig gi wid i Fo vo Stahlug ittit. Klassisch wüd a i kotiuilich Fquzvtilug wat. D photolktisch ffkt btot also d Tilchchaakt ds Lichts Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati

6 Bal, 885 R H λ c - Lii d Bal-Si zust tdckt, da i sichtba Bich. Ud jtzt??? Photolktisch ffkt, Atospkt ud schwaz Stahl lass sich vsth, w a ait, dass gi u i fst Btäg aufgo ud abggb wd ka. allgi: R H λ ;,3, 4,... Lya UV Bal VIS 3 Pasch IR 4 Bacht FIR 5 Pfud FIR Ruthfod Plack Bal isti Boh Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Das Boh sch Atoodll - blibt solag i i statioä Zustad, i Kisbah u d K,bis i Übgag stattfidt. Bi Übgag folgt Absoptio od issio vo Stahlug, d Fquz duch D h ggb ist. Coulobkaft F 4πε 0 Ztiptalkaft v F L v Nu Kisbah sid laubt, auf d d Bahdhipuls i Vilfachs vo h btägt. π 4πε0 R Å Boh-Radius Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati

7 Gsatgi fü i - auf i Bah 4πε0 + + gs ki pot v + 4πε 8πε 4πε 8πε h ε 0 L v ( ) ( ) ( ) 8h ε0 Dait kot Nils Boh di Fquz ds issiosspktus ds Wassstoffs sh gau ud i gut Übistiug it d pit bch. Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Vosicht: Hut wiss wi atülich, das Modll ist falsch u kokt i d Pukt, dass s Atozustäd als gquatlt Zustäd bgift Di Kozpt, di das Modll zu istuz bacht, wa u 93 och icht bkat. Uschäf-Rlatio Wll-Tilch-Dualisus Photolktisch ffkt Copto-ffkt Wll-Tilch-Dualisus Btoug ds Tilchchaakts ds Lichts (Kopuskulastahlug) Wlch Ipuls bsitzt d so i Photo?? h p λ c Lous d Bogli, Pootiosabit 94 Jd bwgt Tilch ist also i Wll zuzuod ud ugkht. J göß d Ipuls, u so kli di Wllläg. Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati

8 Bispil: Wllläg d - aus d Kathodstahlvsuch Wi pass das Boh-Modll ud di d-bogli-bzihug zusa? U kv v p U Das ligt i Bich atoa Abstäd. s sollt also öglich si, - a Kistallgitt zu bug h h λ 4 0 p U Davisso ud G, Bugug a Ni-Kistall Thoso, - -Bugug a Goldfoli Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati passt h Sthd Wll u bi π λ v passt icht Boh v Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati... vo d Bogli zu Hisbg: u i kli Wg λ Ot ud Ipuls is Tilchs sid icht glichzitig schaf ssba. Wllläg (ud dait Ipuls) schaf bstit, Ot vollko ubstit Ot schaf bstit, alisiba duch... Suppositio vo Wll it utschidlich λ. Wllläg (ud dait Ipuls) kopltt ubstit Lo va Wüll -- WS 004/ Spktoskpi ud Aufbau d Mati