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Sprache Deutsch
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 01.09.2021 / 01.09.2021
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Was ist Absorption und Emission? 

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Absorption: Durch Zufuhr vın Energie lassen sich Elektronen vom Grundzustand in angeregte Zustaende überführen. 

Emmision: Angeregte Zustaende sind instabil und fallen unter Energieabgabe in den Grundzustand zurück. Dabei senden Elektronen eine energiediskrete, charakteristische Strahlung aus. 

 

 

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Was ist die optische Spektroskopie? 

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Optische Spektroskopie: WW elektromagnetischer Strahlung mit Materie (Atome, Moleküle, Festkörper, Flüssigkeiten)

Typen der WW: 

  • Transmission: Strahlung geht durch und Intensitaet verringert sich. 
  • Absorption: Intensitaet verringert sich. 
  • Streuung: Austretende Strahlung hat die gleiche Wellenlaenge wie vorher, aber kleinere Intensitaet und andere Streuwinkel (Strahlung wird abgelenkt). 
  • Reflexion: Licht wird in gleicher Richtung zurückgeschickt. 
  • Emmision: Austretende Welle hat eine andere Wellenlaenge (Verschiebung der Wellenlaenge), Intensitaet aendert sich und Strahlung wird gestreut/abgelenkt. 
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Was sind die Kennzeichen d. elektromagnetischer Strahlung? 

  • Welle-Teilchen-Dualismus
  • Photonen, Geschwindigkeit = c
  • Ruhemasse null 
  • Elektrische Komponente (Feldvektor E) & Magnetische Komponente (Feldvektor H)
  • E und H sind gegenseitig orthogonal und orthogonal zur Ausbreitungsrichtung des Lichts
  • Polarisation (Ausrichtung von E & H), linear od. zirkulaer polarisiert => Alles Licht ist polarisiert!
  • Wellenlaenge (Distanz), Frequenz (Zeit), Energie

Je kürzer die Wellenlaenge ist, umso höher ist die Frequenz und die Energie von der Strahlung. 

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Was passiert bei Absorption (Jablonski-Diagram)?

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Jablonski-Diagramm → zur Darstellung von energetischen Übergaengen (Absorption & Emission)

Energieniveaus von Schwingungen: v 

Energieniveaus von Rotationen: l 

Bei RT sind fast alle Moleküle im elektronischen und vibronischem Grundzustand, wobei nur Rotationsniveaus signifikant besetzt sind. Im Grundzustand gibt es keine Schwingungen (v = 0). 

Im Fall einer geringer Energiezufuhr, z.B. durch Mikrowellen oder IR (thermische Energie) beginnen Moleküle starker zu rotieren und schliesslich zu schwingen. Bei staerkerer Energiezufuhr, z.B. UV-VIS-Strahlung werden Elektronen in angeregte Zustaende überführt → Absorption. Elektronenübergaenge vollziehen sich sehr schnell (instabil, keine Dissoziation - Dissaziationsgrenze: Bei Zufuhr hoher Energiemengen, können Elektronen aus Bindungen entfernt werden): 

  • i.d.R unter Beibehaltung d. Spins - erlaubte Übergaenge - kurze Lebensdauer
  • Elektronenübergaenge unter Spinumkehr sind verboten → angeregter Triplettzustand - lange Lebensdauer (Phosphorenz)

 

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Was ist Franck-Condon Prinzip?

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Elektronischer Übergang passiert sehr viel schneller als Kernschwindungsübergaenge → Molekül nimmt in S1 aehnlichen Schwingungszustand ein wie es in S0 hatte (Wellenfunktion).

Beim Franck-Condon-Prinzip geht es hauptsächlich darum, dass die Wellenfunktionen aus S0 und S1 überlappen müssen. Das heißt die Bewegung, die das Molekül in S0 gemacht hat, will es in S1 erst mal weitermachen. Man kann sich das vorstellen wie eine träge Feder, die schwingt und die Schwingung erst mal beibehält auch wenn sie in S1 übergeht. Nicht alle Schwingungszustände in S1 sind daher gleich gut für den Übergang und es wird der Schwingungszustand besetzt, der der ursprünglichen Bewegung am nächsten kommt.

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Was passiert bei Emission, Schwingungsrelaxation, Rotverschiebung (Jablonski Diagramm)? 

Schwingungsrelaxation: Übergang von höheren Schwingungsquantenzahlen zu Schwingungsquantenzahl v = 0 (z.B. von V3 zu V0 bei S1)

  • strahlungslos
  • keine Emission von Photonen
  • Waerme wird freigegeben, weil das Molekül sich bewegt (Energie wird in Form von Waerme übertragen)

Emission: Elektron faellt unter Emission eines Photons zurück in Grundzustand (Fluoreszenz, von angeregten Zustand zur Grundzustand)

Rotverschiebung: Wellenlaenge der absorbierten Strahlung ist meistenz kürzer (energiereicher) als die Wellenlaenge von Strahlung, die emittiert (energiearmer) wurde und der Grund dafür ist, dass durch Schwindungsrelaxation in S1 oder S0 Energie verloren wird. 

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Was sind die strahlungslose Vorgaenge bei Jablonski-Diagramm?

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  • Schwingungsrelaxation (Intersystem Crossing): Übergang von höheren Schwingungsquantenzahlen zu v = 0, keine Emission von Photonen, Waerme wird abgegeben. 
  • Innere Umwandlung (Internal Conversion IC): Oft überlappen die angeregte elektronische Zustaende und Grundzustand. Dabei findet ein strahlungsloser Übergang zw. verschiedenen elektronischen Zustaenden.
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Jablonski-Diagramm mit jew. energetischen Übergaengen

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Intersystem crossing ist strahlungslos und Spin dreht sich um.