Physikalische Chemie II: Quantenmechanik und Spektroskopie

Dieses Lehrbuch führt in die Grundlagen der Quantenmechanik und Spektroskopie für Chemiker im Bachelor-Studium ein. Es wird dabei besonderes Augenmerk auf Verständlichkeit, gute Lesbarkeit und übersichtliche Darstellung gelegt. Im Mittelpunkt steht die Anwendung der Quantenmechanik auf die Struktur und die elektronischen Eigenschaften von Molekülen sowie deren experimentelle Aufklärung.

Dieses Buch soll einen leichten Zugang für Einsteiger ermöglichen, ist jedoch durch seinen modularen Aufbau auch als Vertiefung für Fortgeschrittene geeignet. Mathematische Grundlagen wie die Schrödinger-Gleichung, Wellenfunktionen und Operatoren werden auf einfache Weise vorgestellt und durch historische Bezüge verständlich gemacht. In den Teilen zur Anwendung der Quantenmechanik wird gezeigt, wie aus den physikalischen Modellen der Quantenmechanik die zentralen Konzepte der Chemie entstehen und wie diese zur Beschreibung der elektronischen Struktur von Atomen und Molekülen sowie ihrer spektroskopischen Eigenschaften verwendet werden. Durch die Anwendung der Quantenmechanik auf konkrete, chemische Fragestellungen wird dies eingängig erläutert und eine Diskussion der Interpretationsfragen soll das Verständnis der Quantenmechanik vertiefen.

Lehrt das WISSEN um die grundlegenden Gesetze und Phänomene der Quantenmechanik und Spektroskopie Studierende lernen, die Konzepte und Grundlagen zu VERSTEHEN Lehrt das ANWENDEN der Quantenmechanik und Spektroskopie auf konkrete chemische Fragestellungen

Autorentext

Prof. Dr. Marcus Elstner ist seit 2009 Professor am Institut für Physikalische Chemie des Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Nach seiner Promotion in Theoretischer Physik und einem Postdoc-Aufenthalt an der Harvard-Universität (1999-2000) war er Professor für Theoretische Chemie an der TU Braunschweig (2006-2009). In seiner Forschung untersucht er die Struktur, Dynamik und Funktion von komplexen Makromolekülen mithilfe von Computersimulationen, welche auf den grundlegenden Konzepten und Methoden der physikalischen Chemie beruhen.

Inhalt

GRUNDLAGEN.- Klassische Mechanik.- Wellen.- Grundlegende Experimente.- Die Schrödingergleichung.- Formalismus I.- Interpretation I.- MODELLPOTENTIALE.- Kastenpotentiale.- Der harmonische Oszillator.- Rotationsbewegung in der Ebene.- Kastenpotential und Rotationsbewegung in 2 und 3 Dimensionen.- Das Wasserstoffatom.- Formalismus II.- Interpretation II.- CHEMISCHE KONZEPTE.- Kastenpotential: ideales Gas und -Elektronensysteme.- Moleküldimer als harmonischer Oszillator und starrer Rotor.- Zwei Coulomb-Potentiale: Modell der chemischen Bindung.- Potentialbarrieren: Tunneln in der Physik und Chemie.- MAGNETFELD UND SPIN.- Der Spin.- Wechselwirkung von magnetischen Momenten mit Magnetfeldern.- Formalismus III.- Interpretation III.- ATOME UND MOLEKÜLE.- Zwei Elektronen: Produktansatz für die Wellenfunktion.- Ansätze für die Vielelektronenwellenfunktion.- Elektronenstruktur der Atome.- Zweiatomige Moleküle.- Methoden der Quantenchemie.- Näherungen für mehratomige Moleküle.- Formalismus IV.- Interpretation IV.- SPEKTROSKOPIE.- Absorption und Linienbreite.- Rotations- und Schwingungsspektroskopie.- IR und Raman-Spektroskopie.- Elektronische Spektren von Molekülen.- Kernspinresonanzspektroskopie.- Interpretation V.

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