Wahlpflichtvorlesung (SS 2006)
Schwingungsspektroskopie und zwischenmolekulare Dynamik
Die Vorlesung (2 SWS + 1 SWS Proseminar) ist eine von derzeit 3 Wahlpflichtvorlesungen der Physikalischen Chemie (Elektronische Spektroskopie und Reaktionsdynamik, Schwingungsspektroskopie und zwischenmolekulare Dynamik, Physikalische Chemie fester Körper) im Hauptstudium. Der erfolgreiche Besuch (1 SWS Übung mit Kurztests und Hausaufgaben, Abschlussklausur) mindestens einer dieser Wahlpflichtvorlesungen ist Voraussetzung für die Anmeldung zur Diplomprüfung (Beginn der Diplomarbeit). Zwei dieser Wahlpflichtvorlesungen werden derzeit in jedem Sommersemester angeboten.
Der Stoff dieser Wahlpflichtvorlesung eignet sich auch als Schwerpunktthema der Nebenfach-Rigorosumsprüfung bei M. Suhm. In Zukunft sollen Teile der Vorlesung in englischer Sprache angeboten werden.
Die Vorlesung findet voraussichtlich Freitags von 9.15-12.00 Uhr im HS II statt
Geplantes Vorlesungsprogramm (incl. voraussichtlichem Datum, Änderungen vorbehalten):
- Schwingung in zweiatomigen Molekülen (21.4.)
Einführung in die Thematik der Vorlesung, Molekülschwingung, Korrespondenz von klassischem und quantenmechanischem Bild, harmonischer Oszillator, Morseoszillator, Wellenfunktionen, Energieniveaus, Infrarotspektrum, Rotationskonstanten, mechanische und elektrische Anharmonizität, Matrixelemente, Obertonintensitäten - Molecular symmetry I (28.4., in English)
symmetry operation, symmetry element, symmetry group, group properties, point groups, symbols, proper rotation, reflection, inversion, improper rotation, abelian groups with at most two-fold axes, examples, classification scheme, other symmetry groups and their classification - Molecular symmetry II (5.5., in English)
symmetry properties of molecular properties, characters, example C2v, character table, irreducible representations, Mulliken symbols, coordinate systems, symmetrization, further abelian groups and their character tables, subgroups, symmetry number, chirality, dipole moments, transition dipole moments, harmonic oscillator - Molecular symmetry III (12.5., in English)
molecular vibrations exemplified for water, matrix representation of atomic displacements, trace, reducible representations and their reduction, translational, rotational and vibrational degrees of freedom, normal modes, symmetry reduction, selection rules, Raman, IR, C3v, degenerate representations, molecular symmetry groups - Normalschwingungen (19.5.)
Hamilton-Funktion, massengewichtete Verschiebungskoordinaten, Ähnlichkeitstransformation, Normalkoordinaten, Entartung, Streckschwingungen im CO2, Matrixnotation, symmetrische und antisymmetrische Streckschwingung, kinematische Kopplung, Valenzkraftkonstanten, Gruppenschwingungen, Fingerprintbereich - Anharmonische Effekte (2.6.)
Anharmonizitätskonstanten bei mehratomigen Molekülen, Fermiresonanz, Kopplungsmatrixelement, Lösung des 2x2 Problems, Grenzfälle, Charakter der Wellenfunktionen, Beispiel CO2, Termschema, Variationsrechnungen, Potentialhyperflächen und Koordinatenwahl, Stand der Technik, Diffusions Quanten Monte Carlo, Prinzip, Herleitung aus der zeitabhängigen Schrödingergleichung, Transportgleichungsanalogie, Doppelminimumpotential, Tunnelaufspaltung und Periode, Ringinversionspotential, Torsionspotential - Experimentelle Methoden der Schwingungsspektroskopie (9.6.)
Anwendungsbereich, Historisches, IR, Raman, Neutronenstreuung, Fluoreszenz, Detektoren, photovoltaische und thermische Detektoren, Detektorrauschen, Wirkungsquerschnitt, Lambert-Beer, Lichtquellen, thermische Strahler, durchstimmbare Laser, optische Materialien, FTIR-Spektrometer - Zwischenmolekulare Wechselwirkungen (16.6.)
Elektrostatische Wechselwirkungen, Multipolentwicklung, Dipol, Quadrupol, potentielle Energie, Dipol-Ladung, Dipol-Dipol, thermische Mittelung, Dipol-Quadrupol, Quadrupol-Quadrupol, Induktion, Polarisierbarkeit, Dispersionswechselwirkungen - Strukturen von Molekülaggregaten (23.6. T. Zeuch)
Pauliabstoßung, Supermolekülrechnungen, Anisotropie in der Bindungsregion, Beispiel Ar-HX, Beispiel HX-HX, Wasserdimer, Quadrupol-Moleküle, Methoden zur Strukturbestimmung, Wasserstoffbrücken, Beiträge zur Bindungsenergie und Geometrie, Bedeutung, Richtwirkung, Oligomere, Festkörperstrukturen, Ringe und Käfige, Historie - Potentialhyperflächen und Schwingungsdynamik von Molekülaggregaten (30.6.)
Lennard-Jones-Potential, Abschätzung der Topftiefe, van der Waals-Radien, Mischungsregeln, Buckingham-Potential, Partialladungen, Stockmayer-Potential, empirische Kraftfelder für die Molekülmechanik und die Biochemie, verfeinerte Modellpotentiale, Paarnäherung, Dreikörperkräfte, Induktion, Pauliabstoßung, Axilrod-Teller Term, Bedeutung von Mehrkörperkräften, Nullpunktsschwingung, He-Dimer, intermolekulare Schwingungen, Verschiebung intramolekularer Schwingungen, Beispiel Methanol, Intensitätsverstärkung, Prädissoziation, Franck-Condon Übergänge, Rotverschiebung und Bindungserstärkung, Verbreiterung von OH-Banden in Lösung, Tunnelaufspaltungen, Energiefluß nach Anregung - Experimentelle Methoden und Beispiele zur Clustererzeugung und
Clusterspektroskopie (7.7.)
Aggregation, Kondensation, natürliche Molekülaggregate, Aggregate in Lösung, Matrixisolation, Hüllstromkühlung, Überschallstrahlexpansion, IR-Spektroskopie, Absorptionsspektroskopie, Cavity Ring-Down Technik, Streuselektion, Wassercluster, Carbonsäurecluster, ionische Cluster, chirale Cluster, Cluster in Clustern - Exkursion zum Science-Center phæno in
Wolfsburg (14.7., ganztägig)
Experimente zu Schwingungen u.a. - Klausur (21.7.)
Klausuraufgaben (PDF-Datei)
Termin für die Klausur im WS 06/07: 6.10.06, ab 9 Uhr im Hörsaal IV
Hinweis: English for Chemistry and Physics Students (UNIVIS
20142/57028), T. Gatesman
Der 4SWS-Kurs wird diesmal vom IPC finanziert und ist vor allem für Studierende im
Hauptstudium empfehlenswert. Interessenten sollten ausreichend viel Zeit für die
Nachbearbeitung vorsehen. Nach derzeitiger Planung kollidiert der Freitagstermin mit der
PCWP-Vorlesung. Vorschlag: Absolvieren Sie nach Möglichkeit in der ersten Semesterwoche
den Einstufungstest (siehe http://www.gwdg.de/~slzsek/englslz.html)
und kommen Sie zur ersten Kursveranstaltung am 26.4. um 9.00 Uhr im SLZ, um terminliche
Ausweichmöglichkeiten für den Freitag zu diskutieren.
Literaturempfehlung
Ein gutes allgemeines Lehrbuch der Physikalischen Chemie (Berry/Rice/Ross, McQuarrie/Simon, Atkins, Wedler, Alberty/Silbey, Moore/Hummel, ...) reicht mehrheitlich aus. Bei angelsächsischen Autoren ist in der Regel die englischsprachige Originalausgabe zu empfehlen (Preis, Aktualität, wichtige Sprachübung).
Ergänzende Literatur zu einzelnen Kapiteln:
1.+7.: Siehe Literatur zu PC 2.
2.-4.: Zachmann Mathematik für Chemiker, Cotton Chemical Applications of Group Theory und Vincent Molecular Symmetry and Group Theory (einfach)
5.+6.: Wilson, Decius, Cross Molecular Vibrations
7.-11.: Kleinermanns (Hrsg.) Bergmann/Schaefer Experimentalphysik, Bd. 5, Gase, Nanosysteme, Flüssigkeiten
8.+10.: Stone The Theory of Intermolecular Forces und Jeffrey An Introduction to Hydrogen Bonding
11.: Scoles (Hrsg.) Atomic and Molecular Beam Methods