Atom- und Molekülphysik

Das kompakte Lehrbuch zur Atom- und Molekülphysik behandelt den typischen Stoff einer einsemestrigen Vorlesung, angefangen vom Einelektronensystem Wasserstoff bis zur chemischen Bindung in mehratomigen Molekülen.

1. Grundlegende Experimente
1.1 Millikan-Versuch, Thomsons Kathodenstrahlrohr und Atommodell
1.2 Rutherford Streuung, Formfaktor und Ausdehnung des Atomkerns: Größenordnung der Längenskalen und Bindungsenergien in Atom, Kern und Nukleonen
1.3 Atommodell von Rutherford, Optische Spektren
1.4 Bohrsche Postulate, Korrespondenzprinzip, Atommodell von Bohr, Rydberg-Konstante, Feinstrukturkonstante in SI und Heavyside-Lorentz-System
 
2. Elemente der Quantenmechanik
2.1 Schrödingergleichung, ebene Wellen, Bra- und Ket-Vektoren, Operatoren und Erwartungswerte von phys. Observablen: 1-D Potenzialtopf, 2-D und 3-D
2.2 Kommutator und Heisenbergsche Unschärferelation
2.3 Bewegung im Zentralpotenzial: Bahndrehimpuls in der QM, Separation der Variablen, Zentrifugalpotenzial, Kugelflächenfunktionen, sphärischer Potenzialtopf
 
3. Ein-Elektronen-Systeme: Das Wasserstoffatom
3.1 Grobstruktur der Energieeigenwerte, Quantenzahlen und Entartung, radiale Wellenfunktionen,
3.2 Aufhebung der l-Entartung in Alkaliatomen, radiale QZ in Kernen und Elementarteilchen
3.3 Parität von Wellenfunktionen, reelle Form der Kugelflächenfunktionen
 
4. Fein- und Hyperfeinstruktur
4.1 Eigendrehimpuls (Spin) des Elektrons
4.2 Spin-Bahn-Wechselwirkung: Gesamtdrehimpuls j = l + s, Feinstrukturaufspaltung, Clebsch-Gordan-Koeffizienten
4.3 Lamb-Shift
4.4 Hyperfeinstruktur
4.5 Dirac-Gleichung: Korrekturterme in der Schrödingergleichung
 
5. Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung
5.1 Übergangswahrscheinlichkeiten im Zweiniveau-System: Einstein-Koeffizienten
5.2 Spontane Emission, Fermis Goldene Regel
5.3 Lebensdauer angeregter Zustände
5.4 Absorption und induzierte Emission
5.5 Dipolauswahlregeln
5.6 Multipolstrahlung, Auswahlregeln und Clebsch-Gordon-Koeffizienten
 
6. Mehrelektronensysteme
6.1 Elektronische Korrelationen
6.2 Ununterscheidbare Teilchen, Pauli-Prinzip
6.3 Das Helium-Atom, Austauschwechselwirkung
6.4 Kopplung von Drehimpulsen: LS-Kopplung
6.5 Hundsche Regeln, das Periodensystem der Elemente
6.6 j-j-Kopplung
 
7. Atome in magnetischen Feldern
7.1 Feinstrukturaufspaltung im Magnetfeld: Zeeman- und Paschen-Back-Effekt
7.2 Hyperfeinaufspaltung im Magnetfeld
 
8. H2+-Molekül-Ion und H2-Molekül
8.1 Born-Oppenheimer-Näherung, Symmetrien und Erhaltungsgrößen, LCAO-Ansatz, Ritzsches Variationsverfahren, Molekülpotenzial
8.2 H2-Molekül: Antisymmetrisierung der Wellenfunktion, Heitler-London-Ansatz, Vergleich von LCAO und Heitler-London
8.3 Molekülorbitalkonfigurationen, Anregungen
 
9. Rotation und Schwingung von zweiatomigen Molekülen
9.1 Spektren zweiatomiger Moleküle: Rotations- und Schwingungsübergänge
9.2 Elektronische Übergänge: Frank-Condon-Prinzip
 
10. Chemische Bindung, mehratomige Moleküle
10.1 kovalente Bindung, van-der-Waals-Bindung, ionische Bindung, Wasserstoffbrücken-Bindung
10.2 Mehratomige Moleküle, Hybridisierung

• By (author) Hans-Henning Klauss