Molekülspektren und ihre Bedeutung für die Erdatmosphäre Daniel Weikartschläger

MolekülspektrenMolekülspektrenund ihre Bedeutung für die und ihre Bedeutung für die

ErdatmosphäreErdatmosphäre

Daniel Weikartschläger

Was ist ein Spektrum?Was ist ein Spektrum?

Unterschied:Unterschied:

- Kontinuierliches SpektrumKontinuierliches Spektrum

- LinienspektrumLinienspektrum- AbsorptionsspektrumAbsorptionsspektrum- EmissionsspektrumEmissionsspektrum

Kontinuierliches SpektrumKontinuierliches Spektrum

Lückenlose Abfolge aller WellenlängenLückenlose Abfolge aller Wellenlängen

MOSCA G., TIPLER P.; S.993.

Kontinuierliches Spektrum im sichtbaren Bereich

Kontinuierliches SpektrumKontinuierliches Spektrum

HÄCKEL H.; S.145.

Anwendung und BeispieleAnwendung und Beispiele

RegenbogenRegenbogen

Weißes Licht wird am Prisma gespaltenWeißes Licht wird am Prisma gespalten

Ölfilm auf WasserlackeÖlfilm auf Wasserlacke

Reflexion auf CD- RückseiteReflexion auf CD- Rückseite

LinienspektrumLinienspektrum

Entstehung:Entstehung:

Absorption oder Emission bestimmter WellenlängenAbsorption oder Emission bestimmter Wellenlängen

-- AtomenAtomen- MolekülenMolekülen- MolekülkettenMolekülketten

diskrete Energiewerte diskrete Energiewerte Linienspektren!Linienspektren!

http://www.schulphysik.de/physik/spektrum1/index.htm (Stand 12.11.2007)

Absorption & EmissionAbsorption & Emission

Grundzustand: e- auf energetisch günstigstem NiveauGrundzustand: e- auf energetisch günstigstem Niveau– Lt. PauliverbotLt. Pauliverbot

Energieaufnahme durchEnergieaufnahme durch– Stoß mit freiem e-Stoß mit freiem e-– Stoß mit Atomen oder MolekülenStoß mit Atomen oder Molekülen– Elektromagnetische Strahlung (Photon)Elektromagnetische Strahlung (Photon)

äußeres e- angeregt = Zustand höherer Energieäußeres e- angeregt = Zustand höherer Energie nach ~10 ns Übergang auf energetisch günstigeres nach ~10 ns Übergang auf energetisch günstigeres

Niveau (spontane Emission)Niveau (spontane Emission)

Absorption & EmissionAbsorption & Emission

eVeV

E

eVeVhc

E

nm

nm

77,1700

1240

1,3400

1240

700

400

Photon mit Differenzenergie emittiert:Photon mit Differenzenergie emittiert:

|| E

hc

hf

hc

f

c

hchfE

Beispiel:Beispiel:

EnergieniveaudiagrammEnergieniveaudiagrammÜbergänge:

Gebunden-gebunden:

Emission/Absorption einer Spektrallinie

Frei – gebunden:

Ionisation des Atoms

Frei-frei:

Freies e- gewinnt/verliert an E

BASCHEK B., UNSÖLD A.; S.117.

Beispiel: Termschema des HBeispiel: Termschema des H

JAROS A.; S.125.JAROS A.; S.125.

Absorption von StrahlungAbsorption von Strahlung

verschiedene Spektrum für unterschiedliche verschiedene Spektrum für unterschiedliche Atome/MoleküleAtome/Moleküle

Beispiele und Anwendungen: Beispiele und Anwendungen: AtmosphäreAtmosphäre Astronomie: Zusammensetzung von Astronomie: Zusammensetzung von

SternenSternen

Anwendung: AstronomieAnwendung: Astronomie Spektrum der Sonne: Spektrum der Sonne: nahezu kontinuierlich aber:nahezu kontinuierlich aber:

– AbsorptionslinienAbsorptionslinien (Fraunhoferlinien) (Fraunhoferlinien)Gase der Photosphäre Gase der Photosphäre ZusammensetzungZusammensetzung

- - Emissionslinien Emissionslinien Gase der ChromosphäreGase der Chromosphäre

http://de.wikipedia.org/wiki/Fraunhoferlinienhttp://de.wikipedia.org/wiki/Fraunhoferlinien

Zusammensetzung der Zusammensetzung der ErdatmosphäreErdatmosphäre

Stickstoff NStickstoff N22: 78%: 78% Sauerstoff OSauerstoff O22: 21%: 21%

Spurengase:Spurengase: Wasserdampf HWasserdampf H22OO Kohlendioxid COKohlendioxid CO22

ArgonArgon Ozon OOzon O33

Andere SpurengaseAndere Spurengase

~ 1%

Absorption der ErdatmosphäreAbsorption der Erdatmosphäre

HÄCKEL H.; S.164.HÄCKEL H.; S.164.

Absorption der ErdatmosphäreAbsorption der Erdatmosphäre

ErgebnisseErgebnisse

Sichtbares Licht: kaum AbsorptionSichtbares Licht: kaum Absorption

Schutz vor UV – Strahlung (Ozon!!)Schutz vor UV – Strahlung (Ozon!!)

Einfluss auf Strahlungsgleichgewicht der Einfluss auf Strahlungsgleichgewicht der ErdeErde

((klimatologische Bedeutung)klimatologische Bedeutung)

QuellenverzeichnisQuellenverzeichnis• BASCHEK B., UNSÖLD A.: Der neue Kosmos: Einführung in die Astronomie BASCHEK B., UNSÖLD A.: Der neue Kosmos: Einführung in die Astronomie

und Astrophysik; 6. Auflage, Springer Verlag; Berlin u.a. 1999.und Astrophysik; 6. Auflage, Springer Verlag; Berlin u.a. 1999.

• BINGEL W. A.: Theorie der Molekülspektren; Verlag Chemie, Weinheim 1967.BINGEL W. A.: Theorie der Molekülspektren; Verlag Chemie, Weinheim 1967.

• Görg W.: Atom- und Molekülspektren; Dissertation; 1971.Görg W.: Atom- und Molekülspektren; Dissertation; 1971.

• HÄCKEL H.; Meteorologie: 4. Auflage; Springer Verlag; Ulm, Stuttgart HÄCKEL H.; Meteorologie: 4. Auflage; Springer Verlag; Ulm, Stuttgart (Hohenheim) 1999.(Hohenheim) 1999.

• HOLAWE F.: Skript zu Einführung die Klimageographie; Wien 2004.HOLAWE F.: Skript zu Einführung die Klimageographie; Wien 2004.

• JAROS A., NUSSBAUMER A., NUSSBAUMER P.: Basiswissen 2; JAROS A., NUSSBAUMER A., NUSSBAUMER P.: Basiswissen 2; 2. 2. Auflage, öbv & htp VerlagsgesmbH; Wien 2000.Auflage, öbv & htp VerlagsgesmbH; Wien 2000.

• MOSCA G., TIPLER P.: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure; 2. Auflage, MOSCA G., TIPLER P.: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure; 2. Auflage, Spektrum Verlag; München 2004.Spektrum Verlag; München 2004.

• http://de.wikipedia.org/wiki/Fraunhoferlinienhttp://de.wikipedia.org/wiki/Fraunhoferlinien (Stand 19.11.2007) (Stand 19.11.2007)

• http://www.astrospectroscopy.comhttp://www.astrospectroscopy.com (Stand 19.11.2007) (Stand 19.11.2007)

• http://www.iup.uni-heidelberg.de/institut/studium/lehre/physikIV/WS0506/Physikhttp://www.iup.uni-heidelberg.de/institut/studium/lehre/physikIV/WS0506/PhysikIV_UP2_Strahlung.pdfIV_UP2_Strahlung.pdf (Stand 12.11.2007) (Stand 12.11.2007)