PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker

Ähnliche Dokumente
PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker

PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker

Strukturaufklärung (BSc-Chemie): Einführung

PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker

PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker

Physik III. Mit 154 Bildern und 13 Tabellen

PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen Karin Beer, Paul Koza, Nadja Regner, Thorben Cordes, Peter Gilch

PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen

Die seltsame Welt der Quanten

Physik für Maschinenbau. Prof. Dr. Stefan Schael RWTH Aachen

Optische Spektroskopie mit Lasern: Grundlagen und Anwendungen. Wann: Mi Fr Wo: P1 - O1-306

Thema heute: Aufbau der Materie: Das Bohr sche Atommodell

Klausurtermin: Nächster Klausurtermin: September :15-11:15

PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker

PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen Karin Beer, Paul Koza, Nadja Regner, Thorben Cordes, Peter Gilch

Vorlesung Allgemeine Chemie (CH01)

Merke: Zwei Oszillatoren koppeln am stärksten, wenn sie die gleiche Eigenfrequenz besitzen. RESONANZ

Experimentalphysik 3

PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen

Analytische Methoden in Org. Chemie und optische Eigenschaften von chiralen Molekülen

Einführung in die Quantentheorie der Atome und Photonen

Vorlesung Physik für Pharmazeuten PPh - 10a. Optik

Optik Licht als elektromagnetische Welle

Thema heute: Das Bohr sche Atommodell

Feynman Vorlesungen über Physik

VL 24 VL Homonukleare Moleküle VL Heteronukleare Moleküle VL Molekülschwingungen

27. Wärmestrahlung. rmestrahlung, Quantenmechanik

III. Strukturbestimmung organischer Moleküle

Vorlesung Physik für Pharmazeuten PPh Optik

Klausur für die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums für Mediziner und Zahnmediziner im Wintersemester 2005/2006

NMR Spektroskopie. 1nm Frequenz X-ray UV/VIS Infrared Microwave Radio

Photom etrieren Photometrie Fraunhofer sche Linien

HANDOUT. Vorlesung: Glasanwendungen. Überblick optische Eigenschaften

= 6,63 10 J s 8. (die Plancksche Konstante):

SPEKTRALANALYSE. entwickelt um 1860 von: GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF ( ; dt. Physiker) + ROBERT WILHELM BUNSEN ( ; dt.

Zentralabstand b, Spaltbreite a. Dreifachspalt Zentralabstand b, Spaltbreite a. Beugungsgitter (N Spalte, N<10 4, Abstand a)

Interferenzspektralapparate im Vergleich

Einführung in die Quantenphysik

1. Aufgabe a) Beschreibe den Schülerversuchsaufbau zur Dispersion von Licht. Notiere insbesondere die Namen und Aufgaben der einzelnen Objekte.

Physik für Naturwissenschaften. Dr. Andreas Reichert

Wechselwirkung zwischen Licht und chemischen Verbindungen

Moleküle und Wärmestatistik

Metamaterialien mit negativem Brechungsindexeffekt. Vortrag im Rahmen des Hauptseminars SS2008 Von Vera Eikel

PROBLEME AUS DER PHYSIK

Quantenphysik in der Sekundarstufe I

14. Atomphysik Aufbau der Materie

5. Die gelbe Doppellinie der Na-Spektrallampe ist mit dem Gitter (1. und 2. Ordnung) zu messen und mit dem Prisma zu beobachten.

Kernmagnetische Resonanzspektroskopie. N Nuclear M Magnetic R Resonance Beobachtung magnetisch aktiver Kerne in einem äußeren Magnetfeld

Physikalisches Grundpraktikum Abteilung Optik

Physikalisches Praktikum I

Optik. Lichtstra h len - Wellen - Photonen. Wolfgang Zinth Ursula Zinth. Oldenbourg Verlag München. 3-, verbesserte Auflage. von

F-Praktikumsversuch: Kristallschwingungen und Raman - Spektroskopie

Zentralabitur 2012 Physik Schülermaterial Aufgabe I ga Bearbeitungszeit: 220 min

Quantenphysik in der Sekundarstufe I

PeP Physik erfahren im ForschungsPraktikum

22. Wärmestrahlung. rmestrahlung, Quantenmechanik

Bestimmung der Struktur einer (un)bekannten Verbindung

Schwingungsspektroskopie

Spektroskopische Methoden in der Organischen Chemie (OC IV) NMR Spektroskopie 1. Physikalische Grundlagen

14. Atomphysik. Inhalt. 14. Atomphysik

Interferenzspektralapparate im Vergleich

Wiederholung der letzten Vorlesungsstunde:

Grundlagen der Quantentheorie

Atommodell. Atommodell nach Bohr und Sommerfeld Für sein neues Atommodell stellte Bohr folgende Postulate auf:

Wiederholung der letzten Vorlesungsstunde:

III. Elektrizität und Magnetismus Anhang zu 21. Wechselstrom: Hochspannungsleitung 22. Elektromagnetische Wellen

Einführung in die Physik II für Studierende der Naturwissenschaften und Zahnheilkunde. Sommersemester VL #42 am

Medizinische Biophysik 6

Physik IV Einführung in die Atomistik und die Struktur der Materie

2. Max Planck und das Wirkungsquantum h

Spektroskopie. im IR- und UV/VIS-Bereich. Schwingungen.

Optik. Lichtstrahlen -Wellen - Photonen. Wolfgang Zinth Ursula Zinth. von. 4., aktualisierte Auflage. OldenbourgVerlag München

14. Atomphysik Physik für E-Techniker. 14. Atomphysik

PRISMEN - SPEKTRALAPPARAT

Experimentelle Physik II

2. Elementare Stöchiometrie I Definition und Gesetze, Molbegriff, Konzentrationseinheiten

P H Y S I K - Spektroskopie - Helene Plank Stephan Giglberger

Grundbausteine des Mikrokosmos (7) Wellen? Teilchen? Beides?

Aufgabe 1: Interferenz von Teilchen und Wellen

Klausur. Physik für Pharmazeuten (PPh) SS Juli 2006

1.2 Grenzen der klassischen Physik Michael Buballa 1

Klassische Physik - Quantenpysik

Kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR) Spektroskopische Methoden

Lösungen zu den Aufg. S. 363/4

Profilkurs Physik ÜA 08 Test D F Ks b) Welche Beugungsobjekte führen zu folgenden Bildern? Mit Begründung!

Vom Atomkern zur Supernova Die Synthese der Elemente

A. Mechanik (18 Punkte)

Festkorperspektroskopie

Vorbereitung. µ z = mγ h (1) γ = gq 2m wobei q die Ladung und m die Masse des Teilchens beschreiben.

Elektromagnetische Wellen

Vorlesung "Molekülphysik/Festkörperphysik" Wintersemester 2011/2012. Das Spektrum der elektromagnetischen Wellen

Übungen Atom- und Molekülphysik für Physiklehrer (Teil 2)

Short Summary of the Essentials of the PC V Lecture. To be covered by the first excercise of this class

Ferienkurs Experimentalphysik Lösung zur Übung 2

Inhalte. Komplexer Brechungsindex - Absorption Klassische Behandlung von Dispersion (Oszillatormodel Eigenfrequenzen)

Ψ = Dexp( k II a) mit k II = [ 2m e (V 0 E)/ 2] 1/2

1.1 Auflösungsvermögen von Spektralapparaten

V. Optik in Halbleiterbauelementen

Transkript:

PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker 9. Vorlesung 13.6.08 Evelyn Plötz, Thomas Schmierer, Gunnar Spieß, Peter Gilch Lehrstuhl für BioMolekulare Optik Department für Physik Ludwig-Maximilians-Universität München

Erinnerung Reflexionsgesetz Brechungsgesetz Absorption und Dispersion als Folge von Resonanz Beugung und Interferenz

Handkoloriertes Sonnenspektrum von J. von Fraunhofer, 1814 Spektroskopie

Zunächst: Physikalische Messgröße x kann nur diskrete Werte x i annehmen Was ist ein Spektrum? Häufigkeit/ Wahrscheinlichkeit Kontinuierliche Messgröße x Werte x i W.dichte Wert x Ein Spektrum ist die Auftragung einer Messgröße gegen ihre Häufigkeit!

So allgemein wollen wir es nicht: Spektroskopie mit elektromagnetischen Wellen Unser Messgröße ist dabei die Wellenlänge λ bzw. die Frequenz ν. Wie drücken wir die Häufigkeit aus? (Auswahl) Welle Photonen Transmission

Was braucht man um ein Spektrum aufzunehmen? Wenn das Objekt selber leuchtet... Wenn es nicht leuchtet... Detektor: Photofilm Photomultiplier CCD-Chip N O O Intensität CF 3 Wellenlänge

Licht nach Farben sortieren Gitterspektrometer Beugung und Brechung können u.a. verwendet werden, um aus polychromatischem Licht monochromatisches Licht Experiment herauszufiltern. CD-Spektrometer Wir konzentrieren uns hier auf das Gitterspektrometer. Gittergleichung (senkrechter Einfall): In der Praxis werden meist Reflexionsgitter verwendet! Aus W. Zinth / U. Zinth Optik Achtung: Die Ordnungen!

Nicht perfekt sortiert das spektrale Auflösungsvermögen Wir wollen zwei spektrale Signaturen unterscheiden, die bei den Wellenlängen λ und λ+ λ liegen. Rayleigh-Kriterium für Auslösung: Spektrale Signaturen können durch instrumentelle Begrenzungen ausgeschmiert werden.

Das maximal erreichbare Auflösungsvermögen eines Gitterspektrometers ergibt sich aus der Zahl der beleuchteten Striche (Spalte). 1.0 0.8 Breite der Maxima hängt von Zahl der Spalte ab: Intensity [a.u.] 0.6 0.4 0.2 0.0 0 2 4 B = sin (πa sin θ/λ) Auflösungsvermögen: Wenn man es besser will, braucht man Laser! Aufbau MPQ Garching

Experiment Absorption Licht verschwindet Absorptionsspekten Intensität N O CF 3 O Intensität Transmission λ Transmission kürzt die Lichtquelle weg! λ Was bestimmt die Transmission? Absorption λ λ Lambert-Beersches Gesetz:

Was passiert bei der Absorption? - klassisch EM-Welle Modell eines polaren 2-atomigen Moleküls - Eigenfrequenz + 2.5 2.0 Power P [a.u.] 1.5 1.0 0.5 0.0 0 2 4 Frequency ω [a.u.]

Was passiert bei der Absorption? - quantenmechanisch Zwei Vorgriffe auf die Quantenmechanik: 1. Licht ist nur Welle sondern manchmal auch Teilchen, diese Teilchen nennt man Photonen, ihre Energie hängt von der Frequenz ν ab: 2. Atome und Moleküle können Energie nur portionsweise aufnehmen, die Größe der Portion hängt vom Energieabstand E von Niveaus ab. E 2 Photonen E 1

Arten molekularer Anregung Anregung von Kernzuständen Anregung von Rumpfelektronen Anregung von Valenzelektronen Schwingungssspektren Rotationsspektren Magnetische Resonanz

Ein Beispiel: IR-Spektroskopie Die Schwingungsfrequenzen der Atomkerne in Molekülen liegen im IR-Bereich (~ 10 14 s -1 oder ~ 1000 cm -1 ). IR Spektroskopie liefert daher Informationen über die Struktur von Molekülen und die Stärke chemischer Bindungen. Reduzierte Masse: IR-Absorption Frequenz ν O=C=O IR-Absorption Frequenz ν

O OH H H H O N + O H Raman/IR Atlas of Organic Compounds, B. Schrader, W. Meier, Verlag Chemie 1974 Bei großen Molekülen kommt es zu kollektiven Bewegungen vieler Atome, sogenannte Normalmoden. Deren Frequenzen und Bewegungsformen lassen sich quantenchemisch berechnen. Experiment Resonanz mit Blattfedern Experiment Berechnete Schwingungen eines polyatomaren Moleküls

Die Übergangsfrequenz selbst aussuchen: Magnetische Resonanz Das Elektron und viele Atomkerne besitzen einen Spin und damit ein magnetisches Moment. Im einem äußeren Magnetfeld führt dies zu Aufspaltung von Energieniveaus. Zwischen diesen Niveaus kann es zu Aufspaltungen kommen. Für sogenannte s=1/2 Teilchen (z.b. Proton) gilt: Kernmagneton g-faktor Energie E Magnetfeld B Resonanz bei:

Die Resonanzfrequenz (z.b.) des Protons hängt der von chemischen Umgebung des Protons ab: NMR Spektrum von Ethanol Relatives Frequenzmaß (ppm)