Einführung in die Atomphysik

554 Pages·1962·25.451 MB·German

by  Dr. Wolfgang Finkelnburg (auth.)

EINFOHRUNG
IN DIE ATOMPHYSIK
VON
DR. WOLFGANG FINKELNBURG
HONORARPROFESSOR AN DER
FRIEDRI CH-ALEXAN DER-UNIV ERS IT Ä T
ERLANGEN -NURNBERG
SIEBENTE UND ACHTE
UMGEARBEITETE AUFLAGE
MIT 276 ABBILDUNGEN
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH
ISBN 978-3-662-01299-4 ISBN 978-3-662-01298-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-01298-7
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© by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1956. 1958 and 1962
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag OHG. Berlin -Gottingen -Heidelberg 1962
Softcover reprint of the hardcover 8th edition 1962
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnameu Warenbezeichnungen usw.
J
in diesem Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der An
nahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzcichen-und Markcnschutz-Gesetz
grbung als frC'i zu betrachten wären und daher von jed~rmann benutzt werden diirftpn
WERNER HEISENBERG
ZUM 60. GEBURTSTAG AM 5.12.1961
GEWIDMET
Aus dem Vorwort zur erste n 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
fiir zahlreiche Zweige der Chemie und Astronomie, der iibrigen Naturwissenschaf
ten und neuerdings besonders der Technik, nicht zuletzt aber auch fUr die Philo
sophie eine so entscheidende Bedeutung erlangt, daB das Bediirfnis nach einer ge
schlossenen, alle Gebiete der Mikrophysik einheitlich behandelnden Darstellung
immer dringender wurde. Der heute noch an vielen Hochschulen geiibte 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 iiber Atom- und Molekiilspektren,
Atombau, Molekiilphysik, Kernphysik und Quantentheorie, weil alle Einzel
darstellungen die inneren Zusammenhange zwischen diesen Gebieten zu wenig
deutlich werden lassen und damit vor aHem 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 J ahren in
Karlsruhe, Darmstadt und StraBburg vor einem immer wachsenden Kreis von
Physikern und Chemikern, aber auch von Elektrotechnikern und Vertretern der
iibrigen technischen sowie der biologisch-medizinischen Facher gehalten hat. An
diesen wei ten 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 unci Zauber physikalischer Forschungsarbeit spiiren lassen.
V orwort zur dritten Auflage
Der 1948 erschienenen ersten Auflage dieses Buches folgten 1950 die yom Ver
fasser in USA bearbeitete und yom Verlage McGraw-Hill in New York verlegte
englische Auflage, 1951 die namentlich in den Kapiteln Kernphysik und Fest
korper-Atomphysik weitgehend umgeschriebene zweite und nun die dritte deutsche
Auflage. Nach der iiberaus freundlichen Aufnahme, die das Buch in beiden Sprach
gebieten fast ausnahmslos gefunden hat, scheint es den im Vorwort der ersten
Auflage angedeuteten Zweck zu erfUHen, den gesamten Erscheinungskomplex
der Atomphysik in anschaulicher und verstandlicher, dabei aber wissenschaftlich
moglichst einwandfreier DarsteHung den Studenten wie den schon in der Praxis
tatigen Physikcrn, Chemikern, Ingenieuren und sonstigen Interessenten nahe
zubringen. Um das Buch trotz des stiirmischen Tempos der atomphysikalischen
Forschung, das sich in der Kernphysik, der Hohenstrahlphysik und der Fest
korperphysik in den letzten Jahren noch verscharft hat, auf dem neuesten Stand
unserer Kenntnis zu halten, wurde es unter Beibehaltung der sich offenbar be-
VI Vorwort zur siebenten und achten Auflage
wahrenden Art der Darstellung noeh einmal vollstandig uberarbeitet. Dabei erwies
es sieh als unumganglieh, die Kemphysik und die Festkorper-Atomphysik emeut
vollig umzuschreiben und diesen Gebieten entspreehend ihrer zunehmenden
Bedeutung einen Raum zu widmen, der dem der Atomhiillenphysik vergleiehbar
ist. Die entspreehende UmfangsvergroBerung muBte schweren Herzens in Kauf
genommen werden. Aueh in den ubrigen Kapiteln wurde die Darstellung klarer
gefaBt und in vielen Einzelheiten erganzt und korrigiert.
Erlangen, im Dezember 1953
WOLFGANG FINKELNBURG
Vorwort zur siebenten und achten Auflage
Wenn seit dem Erseheinen der ersten Auflage dieses Buehes im Jahre 1948
uber 35000 Exemplare in drei Sprachen gedruckt werden konnten, so spricht das
wohl dafur, daB das Buch fur einen unerwartet groBen Leserkreis den dem Autor
vorschwebenden Zweck einer Einflihrung in das immer bedeutungsvoller werdende
Gebiet der Atomphysik erflillt. Auch flir die neue Auflage wurde deshalb, trotz
mancher Versuchungen und Anregungen zur Erweiterung und Vertiefung, am
alten Aufbau festgehalten. Dagegen wurde der gesamte Text, wie bisher bei
jeder neuen Auflage, kritisch durehgesehen, auf fast jeder Seite kleinere oder
groBere Verbesserungen angebracht und durch Kurzungen an heute weniger
wichtig erscheinenden Stellen Raum flir die vielen neuen Ergebnisse geschaffen,
deren Berucksichtigung zwingend erschien und so wieder ohne Umfangsver
groBerung moglich wurde. Unter anderem wurde am Ende von Kap. III die
induzierte Emission eingefuhrt, urn den MASER verstandlich machen zu konnen.
In Kap. IV wurde die Reduktion der WeUenfunktion besprochen. In Kap. V
wurde der M6sSBAuER-Effekt kurz behandelt, die Darstellung der Reaktoren
verbessert und ein Absehnitt uber die kunstliche Kemfusion eingefligt. In
Kap. VI wurde die Quantentheorie der ehemisehen Bindung am Beispiel des H~
klarer gefaBt, in Kap. VII u. a. die BARDEN-CooPER-SHRIEFFER-Erklarung der
Supraleitung besproehen, die Halbleiter-Gleichrichtung dureh Einflihrung der
Verarmungsrandschieht verstandlieher gefaBt und die Tunnel-Diode eingefligt.
Insbesondere aber wurde in Kap. V die gesamte Elementarteilchen-Physik mit
der Hohenstrahlung, der Antimaterie, den Mesonen und Hyperonen, der GELL
MANN-Theorie und der langsam etwas klarer werdenden Deutung der Elementar
teilchen und des Zusammenhangs zwischen den Mesonenwolken der Nukleonen
und den Kemkraften vollig neu geschrieben. Zahlreiche Abbildungen wurden
verbessert oder durch neue ersetzt, ihre Gesamtzahl urn 10 vergroBert. Auf
Anregung von Herm Prof. MATTAUCH wurden aUe Massenwerte auf die neue (12_
Skala umgestellt, die Isotopentabelle 3 unter Berueksichtigung der neuesten
Daten von MATTAUCH und Mitarbeitem noeh wahrend des Druckes neu bearbeitet
und aUe von der Massenskala abhangigen Konstanten umgerechnet. Damit wurde
das Bueh, soweit das bei Erhaltung seines Charakters als Einfii.hrung moglieh
war, dem neuesten Stand der Forsehung angepaBt. Auch das fUr den Benutzer
so wichtige Sachverzeichnis wurde neu bearbeitet.
Der Verfasser ist wiederum seinen Mitarbeitem sowie einer Reihe Kollegen
und Studenten ftir Hinweise auf Verbesserungsmogliehkeiten dankbar, aueh fiir
solche, die aus den angefiihrten Griinden nieht beriieksiehtigt werden konntcn.
Er bittet den Leser, ihn auch weiter durch solche Hinweise zu unterstiitzen.
Erlangen, im Dezember 1961
WOLFGANG FINKELNBURG
Abteilung Reaktor-Entwicklung der Siemens-Schuckertwerke AG
Inhaltsverzeichnis
I. Einleitung
Seitl~
1. Die Bedel.\tl.\ng del" Atomphysik fUr Wissenschaft und Technik
2. Die Methodik der atomphysikalischen Forschung 3
3. Schwierigkeit, Gliederung und Darstellung der Atomphysik
Literatur ...................... . 7
II. Allgemeines liber Atome, Ionen, Elektronen, Atomkerne und Photonen
1. Belege fur die Atomistik der Materie und der Elektrizitat. . . . . . . 8
2. Masse, GroBe und Zahl der Atome. Das Periodische System der Elemente.. 1()
a) Atomgewicht und Periodisches System . . . . . . . . . . . . . . . 1 ()
b) Die Bestimmung der Loschmidtschen Zahl und der absoluten Atommassen 13
c) Die GroBe der Atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14
3. Belege fUr den Aufbau der Atome aus Kern und Elektronenhiille. Allgemeines
liber Atommodelle .. . . . . . 16
4. Freie Elektronen und lonen 21
a) Die Erzeugung freier Elektronen 21
b) Die Bestimmung von Ladung und Masse des Elektrons 23
c) Anwendl.\ngen des freien Elektrons. Elektronengerate 27
d) Freie Ionen . . . . . . . . . . . . 30
5. Uberblick uber den Aufbau der Atomkerne . . . . . . 31
6. Die Isotopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
a) Entdeckung der Isotopie l.\nd Bedeutung fUr die Atomgewichte 32
b) Deutung und Eigenschaften der Isotope . . . . . . . . . . 32
c) Die Bestimmung der Massen und relativen Haufigkeiten von Isotopen. Die
MassenspektToskopie . . . . . . . 34
d) Die Verfahren der Isotopentrennung 44
7. Photonen 45
Literatur 48
III. Atomspektren und Atombau
1. Aufnahme, Auswertung und Einteilung von Spektren ...... 49
a) Methoden der Spektroskopie in den verschiedenen Spektralgebieten 4')
b) Emissions- und Absorptionsspektren 54
c) Wellenlangen und Intensitaten . . . . . . . . . . 56
d) Linien-, Banden- und kontinuierliche Spektren . . . 56
2. Serienformeln und Termdarstellung von Linienspektren 57
3. Die Grundvorstellungen der BOHRschen Atomtheorie 5')
4. Die Anregung von Quantensprungen durch StoBe . . . 63
5. Das \Nasserstoffatom und seine Spektren nach der BOHRschen Theorie 68
6. Atomvorgange und ihre Umkehrung. Ionisierung und \Viedervereinigung.
Kontinuierliche Atomspektren und ihre Deutung . . . . . . . . . . 74
a) StoBe erster und zweiter Art und ihre Folgeprozesse. Emission und Ab-
sorption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
b) StoJ3ionisierung und DreierstoB-Rekombination. . . . . . . 75
c) Photoionisierung und Seriengrenzkontinuum in Absorption. . 76
d) Strahlungsrekombination und Seriengrenzkontinua in Emission 77
e) Elektronenbremsstrahll.\ng . . . . . . . . . . . . . . . . 79
VIn Inhaltsverzeichnis
Seite
7. Die Spektren der wasserstoffahnlichen Ionen und der spektroskopische Ver
schiebungssatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
8. Die Spektren der Alkaliatome und ihre Deutung. Die S-, P-, D-, F-Term-
folgen .............................. . 85
9. Der Dublettcharakter der Spektren von Einelektronenatomen und der Ein
fiuB des Elektronenspins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
a) Bahndrehimpuls, Eigendrehimpuls (Spin) und Gesamtdrehimpuls der Ein
elektronenatome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
b) Die Duhlettstruktur der Alkaliatom-Terme . . . . . . . . . . . . . 94
c) Dublettcharakter und Feinstruktur der BALMER-Terme des Wasserstoff-
atoms ............................. .
10. Die Rontgenspektren, ihre atomtheoretische Deutung und ihr Zusammenhang
mit den optischen Spektren ......... . 97
a) Elektronenschalenaufbau und Rontgenspektren 97
b) Der Mechanismus der Rontgenlinienemission . . 98
c) Die Feinstruktur der Rontgenlinien . . . . . . 100
d) Die Rontgenabsorptionsspektren und ihre Kantenstruktur 102
11. Allgemeines tiber die Spektren der Mehrelektronenatome. Multiplizitats
systeme und Mehrfachanregung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
12. Systematik der Terme und Termsymbole bei Mehrelektronenatomen . . . . 108
13. Der EinfiuB des Elektronenspins und die Theorie der Multipletts von Mehr
elektronenatomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 ()
14. Metastabile Zustande und ihre Wirkungen . . . . . . . . . . . . . . . 11-+
15. Die atomtheoretische Deutung der magnetischen Eigenschaften der Elek
tronen und Atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
16. Atome im elektrischen und magnetischen Feld. Richtungsquantelung und
Orientierungsquantenzahl . . . . . . . . . . . . 121
a) Richtungsquantelung und STERN-GERLAcH-Versuch . . . . . 122
b) Der normale ZEEMAN-Effekt der Singulettatome . . . . . . 123
c) Der anomale ZEEMAN-Effekt und der PASCHEN-BAcK-Effekt der Nicht
singulettatome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
d) Der STARK-Effekt .................. . 127
17. Die Multiplettaufspaltung als magnetischer Wechselwirkungseffekt 128
18. PAuLI-Prinzip und abgeschlossene Elektronenschalen . . . . . . 130
19. Die atomtheoretische Erklarung des Periodischen Systems der Elemente 132
20. Die Hyperfeinstruktur der Atomlinien. Isotopie-Effekte und EinfiuB des
Kernspins .......................... . 142
21. Die nattirliche Breite der Spektrallinien und ihre Beeinfiussung durch innere
und auBere Storungen . . . . . . . . . . . .. ...... . 145
22. BOHRS Korrespondenzprinzip und das Verhaltnis der Quantentheorie zur
klassischen Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
23. Ubergangswahrscheinlichkeiten und Intensitatsfragen. Lehensdauer und Os
zillatorenstarke. Der MASER. 151
Literatur 155
IV. Die quantenmechanische Atomtheorie
1. Der Ubergang von der BOIlRSchen zur quantenmechanischen Atomtheorie 157
2. Der Welle-Teilchen-Dualismus beim Licht und bei der Materie ...... 1 5~
3. Die HEISENBERGSche Unbestimmtheitsbeziehung . . . . . . 163
4. DE BROGLIES Materiewellen und ihre Bedeutung Hir die BOHRsche Atoll1-
theorie ...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 ()~
5. Die Grundgleichungen der Wellenmechanik. Eigenwerte und Eigenfunk-
tionen. Die Matrizenmechanik und ihr Verhaltnis zur Wellenmechanik. 172
6. Die Bedeutung der wellenmechanischen Ausdriicke, Eigenfunktionen und
Quantenzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 179
Inhaltsverzeichnis IX
Scitc
7. Beispiele fiir die wellenmechanische Behandlung atomarer Systeme 181
a) Der Rotator mit starrer Achse 182
b) Der Rotator mit raumfreier Achse ...... 183
c) Der lineare harmonische Os zilla tor . . . . . . 184
d) Das Wasserstoffatom und seine Eigenfunktionen 187
8. Die quantenmechanischen Ausdriicke fiir beobachtbare Eigenschaften ato
marer Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
9. Die wellenmechanische Strahlungstheorie. Ubergangswahrscheinlichkeit, Aus
wahlregeln und Polarisationsverhaltnisse . . . . . . . . . . . . . . . . 194
10. Die wellenmechanische Fassung des PAuLI-Prinzips und seine Konsequenzen 197
11. Die Vlechselwirkung gekoppelter gleichartiger Systeme. Austauschresonanz
und Austauschenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
12. Der Brechungsindex der '{I-Wellen und der quantenmechanische Tunnel-
effekt (Durchgang eines Tei1chens durch einen Potentialwall) . . . .. 207
13. Die Quantenstatistiken nach FERMI und BOSE und ihre physikalische Be-
deutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
14. Die Grundideen der Quantenelektrodynamik. Die Quantelung von Wellen-
feldern .............................. 21 5
15. Leistungen, Grenzen und philosophische Bedeutung der Quantenmechanik 217
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
V. Die Physik der Atomkerne und Elementarteilchen
1. Die Kernphysik im Rahmen der allgemeinen Atomphysik 224
2. Methoden zum Nachweis und zur messenden Erfassung von Kernprozessen
und Kernstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
3. Die Erzeugung energiereicher Kerngeschosse in Beschleunigungsmaschinen 233
4. Allgemeine Eigenschaften der Atomkerne ............ 244
a) Kernladung, Kernmasse und Aufbau der Atomkerne aus Nukleonen 244
b) Durchmesser, Dichte und Form der Atomkerne . . . . . . . . . 245
c) Kerndrehimpuls und Kernisomerie . . . . . . . . . . . . . . 247
d) Die Polarisation von Atomkernen bzw. Tei1chenstrahlen . . . . . 248
e) Die magnetischen Momente von Proton, Neutron und zusammengesetztcn
Kernen ............................. 248
f) Die Paritat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
5. Massendefekt und Kernbindungsenergie. Die Ganzzahligkeit der Isotopen-
gewichte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
6. Die natiirliche Radioaktivitat und die aus ihr erschlossenen Kernvorgange 254
a) Die natiirlich radioaktiven Zerfallsreihen .............. 254
b) Zerfallsart, Zerfallskonstante und Halbwertszeit ........... 256
c) Die Zerfallsenergien und ihr Zusammenhang mit den Halbwertszeiten der
radioaktiven Kerne . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
d) Die Deutung der y-Strahlung und der :VIossBAuER-Effekt. . 260
e) Termschemata und Zerfallsmoglichkeiten radioaktiver Kcrnc 261
f) Die Erklarung des a-Zerfalls . . . . . . . . . . . . . 263
g) Die Erklarung de ti-Zerfalls und die Existcnz des ~eutrin() 265
7. Kiinstlich radioaktive Kerne und ihre Umwandlungen . 266
a) ti+-Aktivitat, Positronen, Neutrinos und Antineutrinos. . 267
b) Die Kernumwandlung durch Bahnelektroneneinfang 268
c) Der Zerfall kiinstlich radioaktiver Kerne unter Emission von Xelltronen
oder a-Teilchen .................. 269
d) Isomere Kerne und ihre Zerfallsprozesse . . . . . . .. ..... 270
8. Allgemeines iiber erzwungene Kernumwandlungen und ihren Ablauf .... 271
9. Energiebilanz, Reaktionsschwelle undAusbeute erzwungener Kernreaktionen 276
a) Energiebilanz und Reaktionsschwelle . . . . . . . . . . . . .. 276
b) Ausbeute und Anregungsfunktionen erzwungener Kernreaktionen .. 278
10. Energieniveauschemata von Atomkernen und ihre empirische Ermittlung 280
x
Inhaltsverzeichnis
Scite
11. Tropfchenmodell und Kernsystematik . . . . . 285
12. Einzelnukleonen-Kernmodell und Kerneigenschaften. Magische Nukleonen-
zahlen und Nukleonen-Quantenzahlen . . . . . . . . . . . . . . 292
13. Entdeckung, Eigenschaften und Wirkungen des Neutrons ..... 298
a) Entdeckung, Massenbestimmung und Radioaktivitat des Neutrons 298
b) Neutronenquellen ................... 299
c) Die Erzeugung thermischer und monochromatischer Nentronen 300
d) Nachweis und Messung von Neutronen 301
e) Spezifische neutronenausgeloste Kernreaktionen 303
14. Die Kernspaltung . . . . . . . . . . . . . . . 304
15. Die Kernspaltungsbombe und ihre Wirkungen 309
16. Die Freimachung nutzbarer A tomkernenergie in Kernreaktoren 313
17. Anwendungen stabiler und radioaktiver Isotope. . . . . . . 320
18. Thermische Kernreaktionen bei hochsten Temperaturen im lnnern del"
Sterne. Die Frage nach der Entstehung der Elemente 323
19. Die Problematik einer klinftigen Energiegewinnung durch Kernfusion 328
20. StoBvorgange hochster Energie . . . . . . 331
a) Die Primartei1chen der Hohenstrahlung . . . . 331
b) Die Sekundarprozesse der Hohenstrahlung . . . 333
21. Paarerzeugung, Paarzerstrahlung und Antimateric 336
22. StoBprozesse energiereicher Elektronen und Photonen 340
23. Die Mesonen und Hyperonen . . . . . . . . . 342
24. Die theoretische Deutung der Elementartei1chen 350
25. Nukleonen, Mesonenwolken und Kernkrafte 356
26. Das Problem der universellen Naturkonstanten 359
Literatur 361
VI. Physik der Molekiile
1. Ziel der Moleklilphysik und Zusammenhang mit der Chemie 364
2. Die allgemeinen Eigenschaften von Moleklilen und die Methoden zu ihrer
Bestimmung . . . . . . . . . . . . . . 365
a) GroBe und Kernanordnung yon Moleklilen . . . . . 365
b) Permanente Dipolmomente von Moleklilen . . . . . 367
c) Polarisierbarkeit und induzierte Dipolmomente von Moleklilen 369
d) Die Anisotropie der Polarisierbarkeit. KERR-Effekt, RAYLEIGH-Streuung
und RAMAN-Effekt ........................ 370
3. Spektroskopische Methoden zur Bestimmung von Moleklilkonstanten 373
4. Allgemeines liber Aufbau, Struktur und 'Bedeutung von Moleklilspektren 376
5. Die Systematik der Elektronenterme zweiatomiger Moleklile 378
6. Schwingung und Schwingungsspektren zweiatomiger Moleklile 383
a) Schwingungsterme und Potentialkurvenschema. . . . . . 383
b) Schwingungszustandsanderungen und ultrarote Schwingungsbanden .. 386
c) Das FRANCK-CONDoN-Prinzip als Dbergangsregel fUr gleichzeitigen Elek
tronen-und Schwingnngsquantensprung. . . . . . . . . . . . . . . 387
d) Der Aufbau eines Elektronenbandensystems. Kantenschcma und Kanten-
formeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
7. Zerfall und Bildung zwciatomiger Moleklile und ihr Zusammenhang mit den
kontinuierlichen Moleklilspektren . . . . . . . . . . . . . . 392
a) Moleklildissoziation und Bestimmung del' Dissoziationsenergie 392
b) Die Pradissoziation . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
c) Die Vorgange bei der Moleklilbildung aus Atomen. . . . 396
8. Grenzen des Moleklilbegriffs. VAN DER WAALs-Moleklile und StoBpaare 397
Inhaltsverzeichnis XI
Seite
9. Die Molekiilrotation und die Ermittlung von Triigheitsmomenten und Kern
abstiinden aus der Rotationsstruktur der Spektren zweiatomiger Molekiile 400
a) Rotationstermschema und ultrarotes H.otationsspektrum. . . 400
b) Das Rotations-Schwingungs-Spektrum . . . . . . . . . . 402
c) Die Rotationsstruktur der normalen Elektronenbande . . . . 403
d) Der EinfiuB des Elektronensprunges auf die H.otationsstruktur 406
e) Der EinfiuB des Kernspins auf die J~otationsstruktur symmetrischer Mole
kiile. Ortho- und Parawasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
10. Die Quantelung von Schwingung und H.otation und die spezifische Wiirme
der Gase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40S
II. Bandenintensitiiten und bandenspektroskopische Temperatllrbestimmung . 409
12. lsotopieeffekte in MolekiiIspektren ............ 411
13. Dberblick iiber Spektren und Bau vielatomiger Molekiile . . . . . . 412
a) Elektronenanregung und Ionisation mehratomiger Molekiile 412
b) Rotationsstruktur und Triigheitsmomente mehratomiger Molekiile 415
c) Schwingung und Dissoziation mehratomiger Molekiile . . . . . . 416
14. Die physikalische Erkliirung der chemischen Bindung . . . . . . . 419
a) Vorquantenmechanische Erkliirungsversuche. Heteropolare Bindung und
Oktettheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 419
b) Die Quantentheorie der chemischen Bindung . . . . . . . . . .. 421
c) Allgemeines iiber die Bindung von Atomen mit mehreren Valenzelektronen 424
d) Mehrfachbindungen, gerichtete Valenzen der Stereochemie, und vVirkung
nichtlokalisierter Valenzelektronen 42(,
15. VAN DER WAALs-Kriifte 43u
Literatur ....... . 433
VII. Festkorper-Atomphysik
1. Allgel11eines iiber die Struktur des fiiissigen und fest en Zustands der Materie 434
2. Ideale und reale Kristalle. Strukturempfindliche und strukturunel11pfindliche
Kristalleigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
3. Der Kristall als Makrol11olekiil. Ionengitter, Atol11gitter und MolekiiIgitter 43S
4. Kristallsysteme und Strukturanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
5. Gitterenergie, Kristallwachstum und Deutung der Eigenschaften von Ionen-
kristallen ......................... . 443
(,. Piezoelektrizitiit, Pyroelektrizitiit und verwandte Erscheinungen 447
7. Dberblick iiber Bindung und Eigenschaften des metallischen Zustands 449
8. Kristallschwingungen und die Ermittlung ihrer Frequenzen aus Ultrarot-
spektrum und RAMAN-Effekt ..................... 453
9. Die atomistische Theorie der spezifischen Wiirme fester Kiirper . . . . . . 457
10. Allgemeines iiber Elektronenprozesse in Festkiirpern und ihren Zusammen-
hang mit deren optischen und elektrischen Eigenschaften . . . . . .. 459
a) Die Bedeutung von Anregung sowie innerer und iiuBerer Ahliisung von
Elektronen beim Festkiirper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
b) Der Zusammenhang zwischen Spektrum (Farbe) und Leitfiihigkeit beim
Festkiirper .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
c) Energie- und Ladungstransport in Festkiirpern. Elektronen, positive
Liicher (Defektelektronen), Excitonen, Phononen und ihre Bedeutung .. 461
d) Die Wechselwirkung zwischen Elektronenprozessen und Kristallgitter.
Elektronenfallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46-'
II. Energetische Anordnung der Elektronen im Kristal!. Energieban(lermodell
und Elektronensprungspektren von Kristallen ....... 465
12. Besetzte und nicht vollbesetzte Energiebiinder in Kristall. ] solator und
metallischer Leiter nach dem Energiebiindermodell 472
13. Die Elektronentheorie der metallischen Leitfiihigkeit . 475
14. Das Potentialtopfmodell des Metalls. Austrittsarbeit, Photoemission, Gliih-
emission, Feldemission, Beriihrllngsspannung . . . . . . . . . . . 478