Einführung in die Atomphysik

538 Pages·1967·20.918 MB·German

by  Dr. Wolfgang Finkelnburg (auth.)

EINFUHRUNG
IN DIE ATOMPHYSIK
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benutzt werden durften
EINFUHRUNG
IN DIE ATOMPHYSIK
VON
DR.WOLFGANG FINKELNBURG
HONORARPROFESSOR AN DER
F R I E DR ICH·ALEXAN DE R· UN IVERS ITAT
ERLANG EN ·NORNBERG
ELFTE UND ZWOLFTE
VOLLIG NEU BEARBEITETE UND ERGANZTE AUFLAGE
KORRIGIERTER NACHDRUCK
SilT 281 ABBILDUNGEN
S PRINGER-VE RLAG
BERLIN HEIDELBERG NEW YORK
1976
Vorwort zum Nachdruck
Seit nahezu 30 Jahren hat die "Einftihrung in die Atomphysik" von Wolfgang
Finkelnburg unter Lehrenden, Lernenden und physikalischen Laien viele Freunde
gewonnen. Das liegt an dem unnachahmlichen Stil und der Eleganz, mit der es der
Verfasser verstand, auch schwierigere Zusammenhange lebendig darzustellen.
Man spiirt aus dem ganzen Buch die Freude an der Physik, an dem physikalischen
Verstehen der N atur urn uns.
Nun ist die 11. und 12. Auflage vergriffen, und unser lieber Kollege Finkelnburg
ist nicht mehr bei uns, urn sein Buch nochmals in seinem Stil zu iiberarbeiten und
zu erganzen. Deshalb wird ein Nachdruck der 12. Auflage erscheinen, und das ist
gut so. Es kommt nicht so sehr darauf an, ob nun der Supraleiter mit der hochsten
Obergangstemperatur oder das neueste Elementarteilchen erfaBt sind. Der Leser
dieses Buches wird in die Prinzipien der Atomphysik und damit in die Prin
zipien vom Aufbau der Materie eingefiihrt. Diese Prinzipien, das ist das Faszi
nierende der Physik, haben dauernde Giiltigkeit. N atiirlich andern sich die
Aspekte, unter den en man dieses oder jenes Gebiet der Physik sieht. Diese Ver
anderungen gehen aber nur langsam vor sich.
So wird dieses Buch auch weiterhin viele Freunde finden. Es wird wie bisher.
viele Student en in den hoheren Semestern durch ihr Studium begleiten, es wird
dem Lehrer an Gymnasien eine erwiinschte Hilfe sein bei der Beantwortung von
grundsatzlichen Fragen, die iiber den Lehrplan hinausgehen, und es wird nach wie
vor dem interessierten Laien die Denkweise der Physik und damit den EinfluB der
Physik auf das moderne Weltbild vermitteln.
Karlsruhe, im Juni 1976 WERNER BUCKEL
Vorwort zur eHten und zwoHten Auflage
Nach der freundlichen Aufnahme, die die vergangenen Auflagen dieses Buches,
von dem seit 1948 rund 60000 Exemplare in drei Sprachen gedruckt werden konn
ten, fast ausnahmslos gefunden haben, scheint es den im Vorwort der erst en Auf
lage angedeuteten Zweck zu erfiillen, den gesamten Erscheinungskomplex der
Atomphysik in anschaulicher und verstandlicher, dabei aber wissenschaftlich mog
lichst einwandfreier Darstellung den Studenten wie den schon in der Praxis tatigen
Physikern, Chemikern, Ingenieuren und sonstigen Interessenten nahezubringen.
Auch fiir die neue Auflage wurde deshalb, trotz vieler Anregungen zur Erweiterung
und Vertiefung, am alten Aufbau festgehalten. Auch der so gut eingefiihrte Titel
des Buches wurde beibehalten, obwohl sein Inhalt besser entsprechend dem Titel
der neuen englischen Auflage durch "Struktur der Materie" gekennzeichnet ware.
Der gesamte Text wurde wiederum kritisch durchgesehen, und durch Straffung
auf fast jeder Seite sowie Kiirzung an heute weniger wichtig erscheinenden Stel
len wurde Raum fiir die vielen neuen Ergebnisse geschaffen, deren Beriicksichti
gung zwingend erschien und so trotz Kiirzung des Gesamtumfangs urn 30 Seiten
moglich wurde.
1m einzelnen wurde eine groBere Anzahl von Abbildungen ersetzt und ihre Ge
samtzahl urn zwei vergroBert. Die Edelgasverbindungen wurden eingefiihrt und
aus der Bindungstheorie erklart, die Darstellung des Lasers wie des M6sSBAUER
Effekts v~rbessert, die universelle schwache Wechselwirkung wenigstens kurz er-
VI
wahnt und insbesondere die Elementarteilchenphysik in Anlehnung an WEISSKOPF
vollig umgeschrieben. 1m Kapitel Festkorperphysik wurde der auch der zusammen
hangenden Materie zuzurechnende Plasmazustand kurz behandelt, die Darstel
lung der immer wichtiger werdenden Gitterversetzungen verbessert und durch
zwei Abbildungen illustriert, die Quantelung des magnetischen Flusses bei der
Supraleitung eingefuhrt und die Behandlung der elektronischen Halbleiter urn die
der magnetischen Halbleitereffekte erweitert sowie die Darstellung der Anreiche
rungsrandschicht und des Sperrschichtphotoelements neu gefaBt.
Der Verfasser ist wiederum seinen Mitarbeitern sowie einer Reihe Kollegen und
Studenten fur Hinweise aufVerbesserungsmoglichkeiten dankbar, auch fur solche,
die aus den angefuhrten Grunden nicht berucksichtigt werden konnten. Er bittet
den Leser, ihn auch weiter durch solche Hinweise zu unterstutzen.
Erlangen, im Januar 1967 WOLFGANG FINKELNBURG
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage
Die Atomphysik oder die Lehre von der Struktur und den auf ihr beruhenden
Erscheinungen und Eigenschaften der Materie hat fur die gesamte Physik sowie
fur zahlreiche Zweige der Chemie und Astronomie, der ubrigen Naturwissenschaf
ten und neuerdings besonders der Technik, nicht zuletzt aber auch fur die Philo
sophie eine so entscheidende Bedeutung erlangt, daB das Bedurfnis nach einer ge
schlossenen, alle Gebiete der Mikrophysik einheitlich behandelnden Darstellung
immer dringender wurde. Der heute noch an vielen Hochschulen geubte Brauch,
die Atomphysik geschlossen hOchstens fur hOhere Semester in mathematischer
Form durch den theoretischen Physiker, yom experimentellen Standpunkt aber
nur nach Einzelgebieten aufgespalten in Spezialvorlesungen zu behandeln, wird
der allgemeinen Bedeutung dieses Gebietes ebensowenig gerecht wie die zahl
reichen vorliegenden ausgezeichneten Werke uber Atom- und Molekulspektren,
Atombau, Molekiilphysik, Kernphysik und Quantentheorie, weil aIle Einzel~
darstellungen die inneren Zusammenhange zwischen diesen Gebieten zu wenig
deutlich werden lassen und damit vor allem dem Nicht-Physiker den Zugang zur
Atomphysik in unnotiger Weise erschweren. 1m Gegensatz dazu ist das vorliegende
Buch aus einer dreisemestrig-zweistundigen Einfuhrungsvorlesung in die gesamte
Atomphysik hervorgewachsen, die der Verfasser wahrend mehr als zehn Jahren in
Karlsruhe, Darmstadt und StraBburg vor einem irrtmer wachsenden Kreis von
Physikern und Chemikern, aber auch von Elektrotechnikern und Vertretern der
ubrigen technischen sowie der biologisch-medizinischen Facher gehalten hat. An
diesen weiten Interessentenkreis richtet sich das Buch. Es will in moglichst
einfacher Form, aber unter Wahrung der physikalischen Exaktheit, ein anschau
liches Verstandnis der Grundprobleme und Ergebnisse aller Gebiete der Atom
physik vermitteln und dabei Experiment und theoretische Deutung in gleicher
Weise zu ihrem Recht kommen lassen.
Dieses Buch ist aus Freude an der Atomphysik geschrieben. Sein vornehmstes
Ziel ist es daher, auch Interesse und Freude an der Atomphysik zu wecken. Das
Buch will dem Leser daher in erster Linie nicht handbuchmaBiges Wissen ver
mitteln, sondern ihm die inneren Entwicklungslinien der Forschung aufzeigen,
ihn damit bis an die Grenzen unserer heutigen Kenntnis heranfuhren und ihn
dabei etwas yom Reiz und Zauber physikalischer Forschungsarbeit spuren lassen.
Inhaltsverzeichnis
I. Einleitung
Seite
1. Die Bedeutung der Atomphysik fiir Wissenschaft und Technik 1
2. Die Methodik der atomphysikalischen Forschung . . . . . 3
3. Schwierigkeit, Gliederung und Darstellung der Atomphysik 5
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
II. Allgemeines liber Atome, Ionen, Elektronen, Atomkerne und Photonen
1. Belege flir die Atomistik der Materie und der Elektrizitat . . . . . . 8
2. Masse, GroBe und Zahl der Atome. Das Periodensystem der Elemente. .. 9
a) Atomgewicht und Periodensystem . . . . . . . . . . . . . . . .. 9
b) Die Bestimmung der AvoGADRo-Konstante und der absoluten Atommassen 12
c) Die GroBe der Atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3. Belege fiir den Aufbau der Atome aus Kern und Elektronenhiille. Allgemeines
iiber Atommodelle . . . . . . . 15
4. Freie Elektronen und Ionen . . . . . . . . . . . . . 19
a) Die Erzeugung freier Elektronen . . . . . . . . . . 20
b) Die Bestimmung von Ladung und Masse des Elektrons 21
c) Anwendungen des freien Elektrons. Elektronengerate 25
d) Freie Ionen . . . . . . . . . . . . . 28
5. "Oberblick iiber den Aufbau der Atomkerne. . . . . . 29
6. Die Isotopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
a) Entdeckung der Isotopie und Bedeutung fiir die Atomgewichte 30
b) Deutung und Eigenschaften der Isotope. . . . . . . . . . . 30
c) Die Bestimmung der Massen und relativen Haufigkeiten von Nukliden. Die
Massenspektroskopie . . . . . . . 32
d) Die Verfahren der Isotopentrennung 41
7. Photonen 43
Literatur . . . . . . 46
III. Atomspektren und Atombau
1. Aufnahme, Auswertung und Einteilung von Spektren . . . . . . . . 47
a) Methoden der Spektroskopie in den verschiedenen Spektralgebieten . 47
b) Emissions- und Absorptionsspektren . . . . . 51
c) Wellenlangen und Intensitaten. . . . . . . . . . 53
d) Linien-, Banden- und kontinuierliche Spektren. . . 53
2. Serienformeln und Termdarstellung von Linienspektren 54
3. Die Grundvorstellungen der BOHRschen Atomtheorie . 56
4. Die Anregung von Quantenspriingen durch StoBe. . . 60
5. Das Wasserstoffatom und seine Spektren nach der BOHRschen Theorie . 64
6. Atomvorgange und ihre Umkehrung. Ionisierung und Wiedervereinigung.
Kontinuierliche Atomspektren und ihre Deutung . . . . . . . . . . . . 70
a) StoBe erster und zweiter Art und ihre Folgeprozesse. Emission und Ab-
sorption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
b) StoBionisierung und DreierstoB-Rekombination. . . . . . . . . . . . 71
VIII Inhaltsverzeichnis
Seite
c) Photoionisierung und Seriengrenzkontinuum in Absorption. 72
d) Strahlungsrekombination und Seriengrenzkontinua in Emission 73
e) Elektronenbremsstrahlung. . . . . . . . . . . . . . . . . 75
7. Die Spektren der wasserstoffahnlichen Ionen und der spektroskopische Ver
schiebungssatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76
8. Die Spektren der Alkaliatome und ihre Deutung. Die 5-, P-, D-, F-Term-
folgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
9. Der Dublettcharakter der Spektren von Einelektronenatomen und der Ein-
fluB des Elektronenspins. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
a) Bahndrehimpuls, Eigendrehimpuls (Spin) und Gesamtdrehimpuls der Ein
elektronenatome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
b) Die Dublettstruktur der Alkaliatomterme . . . . . . . . . . . . . . 88
c) Dublettcharakter und Feinstruktur der BALMER-Terme des Wasserstoff-
atoms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
10. Die Rontgenspektren, ihre atomtheoretische Deutung und ihr Zusammenhang
mit den optischen Spektren . . . . . . . . . . 91
a) Elektronenschalenaufbau und Rontgenspektren . . . . . 91
b) Der Mechanismus der Rontgenlinienemission. . . . . . . 92
c) Die Feinstruktur der Rontgenlinien. . . . . . . . . . . 93
d) Die Rontgenabsorptionsspektren und ihre Kantenstruktur. 95
11. Allgemeines uber die Spektren der Mehrelektronenatome. Multiplizitats-
systeme und Mehrfachanregung ................... 98
12. Systematik der Terme und Termsymbole bei Mehrelektronenatomen 100
13. Der EinfluB des Elektronenspins und die Theorie der Multipletts von Mehr
elektronenatomen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
14. Metastabile Zustande und ihre Wirkungen . . . . . . . . . . . . . . . 106
15. Die atomtheoretische Deutung der magnetischen Eigenschaften der Elek
tronen und Atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
16. Atome im elektrischen und magnetischen Feld. Richtungsquantelung und
Orientierungsquantenzahl . . . . . . . . . . . . . 113
a) Richtungsquantelung und STERN-GERLAcH-Versuch .......... 114
b) Der normale ZEEMAN-Effekt der Singulettatome. . . . . . . . . . . . 115
c) Der anomale ZEEMAN-Effekt und der PASCHEN-BACK-Effekt der Nicht-
singulettat ome, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
d) Der STARK-Effekt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
17. Die Multiplettaufspaltung als magnetischer Wechselwirkungseffekt 120
18. PAuLI-Prinzip und abgeschlossene Elektronenschalen . . . . . . 121
19. Die atomtheoretische Erklarung des Periodensystems der Elemente 123
20. Die Hyperfeinstruktur der Atomlinien. Isotopie-Effekte und EinfluB des
Kernspins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1 33
21. Die naturliche Breite der Spektrallinien und ihre Beeinflussung durch innere
und auBere Storungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 135
22. BOHRS Korrespondenzprinzip und das Verhaltnis der Quantentheorie zur
klassischen Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
23. U'bergangswahrscheinlichkeiten und Intensitatsfragen. Lebensdauer und Os-
zillatorenstarke . 142
24. Maser und Laser 144
Literatur 146
IV. Die quantenmechanische Atomtheorie
1. Der U'bergang von der BOHRschen zur quantenmechanischen Atomtheorie 147
2. Der Welle-Teilchen-Dualismus beim Licht und bei derMaterie . . . .. 149
3. Die HEISENBERGSche Unbestimmtheitsbeziehung . . . . . . . . . .. 154
4. DE BROGLIES Materiewellen und ihre Bedeutung fur die BOHRsche Atom-
theorie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5. Die Grundgleichungen der Wellenmechanik. Eigenwerte und Eigenfunk
tionen. Die Matrizenmechanik und ihr Verhaltnis zur Wellenmechanik. . . 162
Inhaltsverzeichnis IX
Seite
6. Die Bedeutung der wellenmechanischen Ausdriicke, Eigenfunktionen und
Quantenzahlen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7. Beispiele fiir die wellenmechanische Behandlung atomarer Systeme 170
a) Der Rotator mit starrer raumfester Achse . . . 171
b) Der Rotator mit raumfreier Achse ..... . 172
c) Der lineare harmonische Oszillator . . . . . . 173
d}Das WasserstofIatom und seine Eigenfunktionen 176
8. Die quantenmechanischen Ausdriicke fiir beobachtbare Eigenschaften ato
marer Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
9. Die wellenmechanische Strahlungstheorie. Obergangswahrscheinlichkeit, Aus- .
wahlregeln und Polarisationsverhaltnisse. . . . . . . . . . . . . . . . 182
10. Die wellenmechanische Fassung des PAuLI-Prinzips und seine Konsequenzen 185
11. Die Wechselwirkung gekoppelter gleichartiger Systeme. Austauschresonanz
und Austauschenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
12. Der Brechungsindex der P-Wellen und der quantenmechanische Tunnel
efIekt (Durchgang eines Teilchens durch einen Potentialwall) . . . . . . . 195
13. Die Quantenstatistiken nach FERMI und BOSE und ihre physikalische Be-
deutung ............................. . 198
14. Die Grundideen der Quantenelektrodynamik. Die Quantelung von Wellen-
feldern .............................. . 202
15. Leistungen, Grenzen und philosophische Bedeutung der Quantenmechanik 204
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
V. Die Physik der Atomkerne und Elementarteilchen
1. Die Kernphysik im Rahmen der allgemeinen Atomphysik . . . . 211
2. Methoden zum Nachweis und zur messenden Erfassung von Kernprozessen
und Kernstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
3. Die Erzeugung energiereicher Kerngeschosse in Beschleunigungsmaschinen 219
4. Allgemeine Eigenschaften der Atomkerne . . . . . . . . . . . .. 229
a) Kernladung, Kernmasse und Aufbau der Atomkerne aus Nukleonen 229
b) Durchmesser, Dichte und Form der Atomkerne. . . . . . . . .. 230
c) Kerndrehimpuls und Kernisomerie . . . . . . . . . . . . . " 231
d) Die Polarisation von Atomkernen bzw. Teilchenstrahlen. . . . . . . . 232
e) Die magnetischen Momente von Proton, Neutron und zusammengesetzten
Kernen ............................. 233
f) Die Paritat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
5. Massendefekt und Kernbindungsenergie. Die Ganzzahligkeit der Isotopen-
gewichte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 236
6. Die natiirliche Radioaktivitat und die aus ihr erschlossenen Kernvorgange . 239
a) Die natiirlich radioaktiven Zerfallsreihen. . . . . . . . . . . . . . . 239
b) Zerfallsart, Zerfallskonstante und Halbwertszeit . . . . . . . . . . . 240
c) Die Zerfallsenergien und ihr Zusammenhang mit den Halbwertszeiten der
radioaktiven Kerne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
d) Die Deutung der y-Strahlung und der MOSSBAuER-EfIekt . . 243
e) Termschemata und Zerfallsmoglichkeiten radioaktiver Kerne . 245
f) Die Erklarung des oc-Zerfalls . . . . . . . . . . . . . . 246
g) Die Erklarung des tJ-Zerfalls und die Existenz des Neutrino 248
7. Kiinstliche Radionuklide und ihre Umwandlungen 250
a) tJ+ -Aktivitat, Positronen, Neutrinos und Antineutrinos 250
b) Die Kernumwandlung durch Bahnelektroneneinfang . . . . 252
c) Der Zerfall kiinstlicher Radionuklide unter Emission von Neutronen oder
oc-Teilchen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
d) Isomere Kerne und ihre Zerfallsprozesse. . . . . . . . . . . . . . . 253
8. Allgemeines iiber erzwungene Kernumwandlungen und ihren Ablauf . . . . 253
9. Energiebilanz, Reaktionsschwelle und Ausbeute erzwungener Kernreaktionen 258
a) Energiebilanz und Reaktionsschwelle . . . . . . . . . . . . . 258
b) Ausbeute und Anregungsfunktionen erzwungener Kernreaktionen ... 259
x Inhaltsverzeichnis
Seite
10. Energieniveauschemata von Atomkernen und ihre empirische Ermittlung 261
11. Tropfchenmodell und Kernsystematik . . . . . . . . . . . . . . .. 267
12. Einzelnukleonen-Modell und kollektives Kernmodell. Magische Nukleonen-
zahlen, Nukleonen-Quantenzahlen und Eigenschaften des Kernrumpfes 273
13. Entdeckung, Eigenschaften und Wirkungen des Neutrons . . . . . 279
a) Entdeckung, Massenbestimmung und Radioaktivitat des Neutrons 279
b) Neutronenquellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
c) Die Erzeugung thermischer und monochromatischer Neutronen . 281
d) Nachweis und Messung von Neutronen . . . . 282
e) Spezifische neutronenausgeloste Kernreaktionen 284
14. Die Kernspaltung. . . . . . . . . . . . . . . 284
15. Die Kernspaltungsbombe und ihre Wirkungen . . 289
16. Die Freimachung nutzbarer Atomkernenergie in Kernreaktoren . 292
17. Anwendungen stabiler und radioaktiver Isotope . . . . . . 299
18. Thermische Kernreaktionen bei hochsten Temperaturen im Innern der
Sterne. Die Frage nach der Entstehung der Elemente . . . . . . . 302
19. Die Problematik einer kiinftigen Energiegewinnung durch Kernfusion 307
20 .. Sto13vorgange hochsbr Energie und Elementarteilchenphysik 309
a) Die Primarteilchen der Hohenstrahlung . . . . 310
b) Die Sekundarprozesse der Hohenstrahlung. . . . 312
21. Paarerzeugung, Paarzerstrahlung und Antimaterie 315
22. Sto13prozesse energiereicher Elektronen und Photonen 318
23. Mesonen, Hyperonen und angeregte Elementarteilchenzustande 320
24. Die theoretische Deutung der Elementarteilchen 328
25. Nukleonen, Mesonenwolken und Kernkrafte .. 335
26. Das Problem der universellen Naturkonstanten 337
Literatur 339
VI. Physik der Molekiile
1. Ziel der Molekiilphysik und Zusammenhang mit der Chemie . . . . . . . 343
2. Die allgemeinen Eigenschaften von Molekiilen und die Methoden zu ihrer
Bestimmung . . . . . . . . . . . . . . . 344
a) Gro13e und Kernanordnung von Molekiilen. . . . . . . . . . . . . . 344
b) Permanente Dipolmomente von Molekiilen ............. 346
c) Polarisierbarkeit und induzierte Dipolmomente von Molekiilen . . . . . 348
d) Die Anisotropie der Polarisierbarkeit. KERR-Effekt, RAYLEIGH-Streuung
und RAMAN-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 349
3. Spektroskopische Methoden zur Bestimmu ng von Molekiilkonstanten .. 3 51
4. Allgemeines iiber Aufbau, Struktur und Bedeutung von Molekiilspektren. 354
5. Die Systematik der Elektronenterme zweiatomiger Molekiile . 357
6. Schwingung und Scb,wingungsspektren zweiatomiger Molekiile . . . .. 361
a) Schwingungsterme und Potentialkurvenschema. . . . . . . . . . . . 361
b) Schwingungszustandsanderungen und ultrarote Schwingungsbanden ... 365
c) Das FRANCK-CONDoN-Prinzip als Dbergangsregel fUr gleichzeitigen Elek-
tronen- und Schwingungsquantensprung .............. 366
d) Der Aufbau eines Elektronenbandensystems. Kantenschema und Kanten-
formeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
7. Zerfall und Bildung zweiatomiger Molekiile und ihr Zusammenhang mit den
kontinuierlichen Molekiilspektren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
a) Molekiildissoziation und Bestimmung der Dissoziationsenergie 370
b) Die Pradissoziation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
c) Die Vorgange bei der Molekiilbildung aus Atomen . . . . . 374
8. Grenzen des Molekiilbegriffs. VAN DER WAALs-Molekiile und Sto13paare 375
lnhaltsverzeichnis XI
Seite
9. Die Molekiilrotation und die Ermittlung von Tragheitsmomenten und Kern
abstanden aus der Rotationsstruktur der Spektren zweiatomiger Molekiile 378
a) Rotationstermschema und ultrarotes Rotationsspektrum . 378
b) Das Rotationsschwingungsspektrum. . . . . . . . . . . . . . . . . 380
c) Die Rotationsstruktur der normalen Elektronensprungbande. . . . . . 381
d) Der EinfluB des Elektronensprunges auf die Rotationsstruktur . . . . . 384
e) Der EinfiuB des Kerndrehimpulses auf die Rotationsstruktur symmetri
scher Molektile. Ortho- und Parawasserstoff . . . . . . . . . . . . . 384
10. Die Quantelung von Schwingung und Rotation und die spezifische Warme
der Gase ............................ 386
11. Bandenintensitaten und bandenspektroskopische Temperaturbestimmung 387
12. Isotopieeffekte in Molektilspektren . . . . . . . . . . . . . 389
13. V'berblick tiber Spektren und Bau vielatomiger Molektile. . . . . . 390
a) Elektronenanregung und Ionisierung mehratomiger Molekiile 390
b) Rotationsstruktur und Tragheitsmomente mehratomiger Molektile. 392
c) Schwingung und Dissoziation mehratomiger Molektile. . . . . . 393
14. Die physikalische Erklarung der chemischen Bindung . . . . . . . 396
a) Vorquantenmechanische Erklarungsversuche. Heterppolare Bindung und
Oktett-Theorie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
b) Die Quantentheorie der chemischen Bindung. . . . . . . . . . . . . 398
c) Allgemeines tiber die Bindung von Atomen mit mehreren Valenzelektronen 402
d) Mehrfachbindungen, gerichtete Valenzen der Stereochemie und Wirkung
nichtlokalisierter Valenzelektronen 404
15. VAN DER WAALs-Krafte 408
16. Molekularbiologie 410
Literatur . . . . . 412
VII. Festkorper-Atomph ysik
1. Allgemeines tiber die Struktur des festen, des fitissigen und des Plasma-Zu
stands der Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
2. Ideale und reale Kristalle. Strukturempfindliche und strukturunempfindliche
Kristalleigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
3. Der Kristall als Makromolekti!' Ionengitter, Atomgitter und Molektilgitter 418
4. Kristallgitter und Strukturanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
5. Gitterenergie, Kristallwachstum und Deutung der Eigenschaften von Ionen-
kristallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 423
6. Piezoelektrizitat, Pyroelektrizitat und verwandte Erscheinungen . . . . . 427
7. V'berblick tiber Bindung und Eigenschaften des metallischen Zustandes . . 429
8. Kristallschwingungen und die Ermittlung ihrer Frequenzen aus Ultrarot
spektrum und RAMAN-Effekt. . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . 433
9. Die atomistische Theorie der spezifischen Warme fester Korper . . . . . . 437
10. Allgemeines tiber Elektronenprozesse in Festkorpern und ihren Zusammcn
hang mit deren optischen und elektrischen Eigenschaften. . . . . . . . . 439
a) Die Bedeutung von Anregung sowie innerer und ii:uBerer Ablosung von
Elektronen beim Festkorper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
b) Der Zusammenhang zwischen Spektrum (Farbe) und Leitfahigkeit beim
Festkorper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
c) Energie- und Ladungstransport in Festkorpern. Elektronen, positive
Locher (Defektelektronen), Excitonen, Phononen und ihre Bedeutung. . +41
d) Die Wechselwirkung zwisch~n Elektronenprozessen und Kristallgitter.
Elektronenfallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
11. Energetische Anordnung der Elektronen im Kristal!. Energiebandermodell
und Elektronensprungspektren von Kristallen . . . . . . . . . . 444
12. Vollbesetzte und teilbesetzte Energiebander im Kristal!. Isolator und metal-
lischer Leiter nach dem Energiebandermodell 452
13. Die Elektronentheorie der metallischen Leitfahigkeit . . . . . . . . . . 454