Einführung in die Ultrarotspektroskopie

478 Pages·1962·18.22 MB·German

by  Dr. Werner Brügel (auth.)

WI SSENSCHAFTLICHE FORSCHUNGSBERICHTE
WISSENSCHAFTLICHE FORSCHUNGSBERICHTE
NATURWISSENSCHAFTLICHE REIHE
Herausgegeben von
DR. W. BRüGEL und DR. R. JÄGER
LudwigshafenJRh. Bad Hombnrg v. d. H.
Band 62
EINFÜHRUNG
IN DIE ULTRAROTSPEKTROSKOPIE
3. Auflage
A
~
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH 1962
EINFÜHRUNG IN DIE
ULTRAROTSPEKTROSKOPIE
Von
DR. WERNER BRÜGEL
Physiker in der Badischen Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rh.
3. nenbearbeitete und erweiterte Annage
Mit 196 Abbildungen
in 245 Einzeldarstellungen und 35 Tabellen
A
VD
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH 1962
Additional material to this book can be downloaded from http://extras.springer.com
ISBN 978-3-662-40964-0 ISBN 978-3-662-41472-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-41472-9
Alle Rechte vorbehalten
Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form (durch Photokopie. Mikrofilm oder ein underes
Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Verlages reproduziert werden.
Cop yrigh t 1962 b Y Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Ursprünglich erschienen bei Dr. Dietrich Steinkopff, Durmstudt 1962
Softcover reprint of the hardcover 3rd edition 1962
Herstellung: Universitätsdruckerei Mainz GmbH
Zweck und Ziel der Sammlung
Als RAPHAEL EDUARD LIESEGANG am 13. November 1947 starb, lagen
57 Bände der Sammlung vor, die er gegründet und mehr als ein Viertel
jahrhundert lang herausgegeben hatte.
Brücken zu schlagen zwischen den einzelnen Teilgebieten von Natur
wissenschaft und Medizin, ist das Ziel der "Wissenschaftlichen For
schungsberichte". Schon unter LIESEGANGS Herausgeberschaft wandelten
und erweiterten sich Charakter und Absichten der Sammlung. Die ersten
Bände erfaßten in Form kritischer Sammelreferate die Literatur einzelner
Disziplinen aus der Zeit des ersten Weltkrieges. Später folgten monogra
phische Darstellungen junger, inzwischen selbständig gewordenerZweige
der Wissenschaft und neuer Methoden, die auf vielen Teilgebieten natur
wissenschaftlicher Forschung allgemeine Bedeutung erlangt hatten.
Verlag und Herausgeber bemühen sich, die "Wissenschaftlichen For
schungsberichte" im Geiste LIESEGANGS weiterzuführen, und sie sind
überzeugt, daß der Sinn dieser Tradition gerade darin besteht, die Samm
lung so lebendig und wandlungsfähig zu erhalten, daß sie die Forderungen
des Tages zu erfüllen vermag.
Physikalische Meßmethoden werden heute auf vielen weit auseinander
liegenden Teilgebieten der Naturwissenschaft, der Medizin und der Bio
logie angewandt. Wo gemessen wird, da ist Physik. Die Brücken, die die
Einzeldisziplinen verbinden, sind heute zu einem guten Teil die allgemein
angewandten physikalischen Methoden. Sie sollen in künftigen Bänden
unserer Sammlung so dargestellt werden, daß der Physiker findet, was er
braucht, also theoretische Grundlagen, Kenntnis der apparativen Hilfs
mittel und eine Übersicht über die wichtigste Literatur. Der Nicht-Physi
ker soll aber soviel über die Grundlagen, Anwendungsmöglichkeiten und
Grenzen finden, daß er die Meßergebnisse der Physiker interpretieren und
für seine Wissenschaft verwenden kann.
April 1956
Die Hct'ausgeber:
WERNER BRÜGEL ROLF JÄGER
LudwigshafenjRhein Institut für Kolloidforschung
der Johann Wolfgang Goethe-Unlversltät
Frankfurt a. M.
Bad Homburg v. d. H.
Aus dem Vorwort zur 1. Auflage
Eine umfassende Darstellung der Ultrarotspektroskopie unter Ein
beziehung aller theoretischen Feinheiten und praktischen Möglichkeiten
müßte den mehrfachen Umfang des vorliegenden Buches füllen, zumal
eine solche Darstellung notwendigerweise der Spektroskopie des schwin
genden Moleküls insgesamt gewidmet sein, also die RAMAN- und die
Mikrowellenspektroskopie einbeziehen müßte. Vielmehr handelt es sich
darum, den zahlreichen Interessenten, die zur Verbesserung ihrer For
schungs- und Analysenmöglichkeiten diesem Spezialzweig neu sich zu
wenden, die Schwierigkeiten des Beginns und des ersten überblicks
erleichtern und überwinden zu helfen. Ich glaube daher, mit einer Ein
führung am ehesten den Erfordernissen, zumindest in unserem Land,
zu entsprechen. Ich bin mir dabei bewußt, daß die Auswahl und Abgren
zung des behandelten Stoffes ebensowohl wie die Art der Behandlung
eine subjektive, von der Arbeit und der Interessenrichtung des Verfassers
bedingte ist, die mancherlei Wünsche offen läßt - und ich hoffe, daß
auch der Leser dessen eingedenk bleibt!
Wenn also auch aus dieser Zielsetzung heraus dieses Buch bewußt
und gewollt den mehr praktischen Belangen zugewendet ist und viele
Fragen nur gerade anschneiden und in ihren Auswirkungen und Lösungen
andeuten kann, so glaube ich dennoch, eines zwar kurz gefaßten, aber
gleichwohl alles Wesentliche umfassenden theoretischen Teils nicht ent
raten zu können. Denn nur mit der wenigstens groben Kenntnis der
theoretischen Zusammenhänge läßt sich die Bedeutung der Ultrarot
spektroskopie für die Erforschung des Molekülbaus verstehen und
würdigen. Darüber hinaus ist nur mit Kenntnis der im Theoretischen
entwickelten und sich entwickelnden Terminologie ein fruchtbares,
verständnisvolles Studium neuerer Ultrarotarbeiten möglich. Ich lehne
mich in diesem theoretischen Teil an die unübertreffliche Darstellung
von Prof. HERZBERG an, dem ich auch in Bezeichnungsfragen weit.
gehend gefolgt bin.
Ludwigshafen (Rhein), im Frühjahr 1954
W. BRÜGEL
Aus dem Vorwort zur 2. Auflage
Das schnelle Notwendigwerden einer zweiten Auflage der "Einführung
in die Ultrarotspektroskopie" beweist zunächst nur das Vorhandensein
einer empfindlichen Lücke im Schrifttum auf dem behandelten Gebiet.
Daß diese nicht nur äußerlich, sondern auch dem Sinne nach einigermaßen
ausgefüllt wurde, darf den zahlreichen zustimmenden Beurteilungen der
Fachkollegen im In- und Ausland entnommen werden. Dennoch ist, wie
zu erwarten, die Kritik nicht ausgeblieben, und mancher Wunsch wurde
geäußert. Soweit die Erfüllung mit dem Charakter des Buches überein
stimmt, wurde versucht, in dieser neuen Auflage allen Wünschen gerecht
zu werden. Eine nicht unerhebliche Vergrößerung des Umfangs war daher
unvermeidbar. Sie wäre noch gewichtiger, wenn ich mich nicht zu recht
kräftigen Streichungen gegenüber der ersten Auflage entschlossen hätte.
So sind die ganzen Angaben über spezielle kleinere Moleküle und die zahl
reichen Literaturhinweise auf alle möglichen untersuchten Substanzen
schweren Herzens fortgelassen worden. Ich glaubte dies um so eher tun
zu könnnen, als seit dem Erscheinen der ersten Auflage vor genau drei
Jahren inzwischen einige Spezialwerke herausgekommen sind, die sich
nur mit den Anwendungen beschäftigen; außerdem sind inzwischen auch
die seit langem vorbereiteten Dokumentationsunternehmungen auf dem
Gebiete der Molekülspektroskopie angelaufen. Gerade die Berücksichti
gung der seit 1954 angefallenen Literatur - mit einigen Tausenden von
Zitaten - erforderten einen rigorosen Beschränkungsentschluß. Dem kam
entgegen, daß die Literatur technischen und methodischen Inhalts deut
lich abzunehmen beginnt. Sie ist daher bis zum Ende 1956, teilweise bis
zum Frühjahr 1957 praktisch fast restlos erfaßt. Hingegen wurde die
immer mehr anschwellende Anwendungsliteratur, dem Charakter des
Buches entsprechend, fast völlig den Dokumentationssystemen allein
überlassen.
Ludwigshafen (Rhein), im Juni 1957
w.
BRÜGEL
Vorwort zur 3. Auflage
Für die Bearbeitung der 3. Auflage dieses Buches gilt, was schon im
Vorwort zur 2. Auflage ausgeführt wurde: Es ist der Versuch gemacht
worden, die Literatur technischen und methodischen Inhaltes möglichst
lückenlos bis Ende 1960 und teilweise bis in das Jahr 1961 hinein zu
erfassen. Hingegen wurde auf die Berücksichtigung der Literatur mit
reinem Anwendungscharakter fast gänzlich verzichtet. Dieser Verzicht
wird in noch stärkerem Ausmaß als früher durch die beinahe schon uno
übersehbar gewordene Flut veröffentlichter Arbeiten mit wenigstens
teilweise ultrarotspektroskopischem Inhalt erzwungen. Auch scheint mir
ihre Behandlung nicht in ein Buch hineinzugehören, das sich bewußt
eine Einführung nennt. Hinweise, wie an die Anwendungsliteratur heran·
zukommen ist, sind aber natürlich an vielen Stellen eingestreut, und es
ist zu hoffen, daß sie auch den weniger erfahrenen Interessenten immer
auf den richtigen Weg leiten werden.
Es bleibt mir noch die Wiederholung der Danksagung aus dem Vor.
wort zur 2. Auflage an all jene, die auch jetzt wieder in großzügiger und
uneigennütziger Weise die Neubearbeitung des Buches unterstützt
haben. Es bleibt weiter der Wunsch bestehen, daß auch diese Neubear.
beitung helfen möge, dem so nützlichen und bewährten Verfahren der
Ultrarotspektroskopie neue Freunde zu gewinnen und ihnen die Schwie.
rigkeiten des Beginnens aus dem Wege zu räumen.
Ludwigshafen (Rhein), im Juni 1962
W. BRÜGEL
Inhaltsverzeichnis
Zweck und Ziel der Sammlung V
Aus dem Vorwort zur 1. Auflage VI
Aus dem Vorwort zur 2. Auflage VII
Vorwort zur 3. Auflage . VIII
Einleitung . . . . . . . 1
I. Teil: Grundzüge der Theorie der ultraroten Spektren im
Gaszustand . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1. Kapitel: Quantentheoretische Grundlagen 9
1. Das BOHRsche Atommodell . . . . . 9
2. Quantenmechanische Betrachtung . . 11
2. Kapitel: Die Ultrarotspektren zweiatomiger Moleküle. 13
1. Vorbemerkungen 13
2. Rotationsspektren . . . . . . 15
3. Schwingungsspektren 18
4. Rotationsschwingungsspektren 24
5. Intensitätsbetrachtungen . . . 29
3. Kapitel: Symmetrieeigenschaften von Molekülen und Schwingungen 31
1. Symmetrieelemente und Deckoperationen . 31
2. Punktgruppen . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3. Symmetrieeigenschaften von Schwingungen. . . . 38
4. Symmetrieeigenschaften von Dipolmomenten und Schwin·
gungszuständen . . . . . . . . . . . . . 50
4. Kapitel: Rotationsspektren vielatomiger Moleküle 52
1. Vorbemerkungen . . . . . . 52
2. Lineare Moleküle . . . . . . 52
3. Symmetrische Kreiselmoleküle 53
4. Kugelkreiselmoleküle 55
5. Asymmetrische Kreiselmoleküle 55
5. Kapitel: Schwingungen und Schwingungsspektren vielatomiger
Moleküle . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1. Berechnung der Schwingungsfrequenz . . . 57
2. Schwingungsspektren vielatomiger Moleküle 64
3. Verfeinerung und spezielle Effekte. . . . . 66
6. Kapitel: Rotationsschwingungsspektren vielatomiger Moleküle 74
1. Lineare Moleküle . . . . . . 74
2. Symmetrische Kreiselmoleküle 79
3. Kugelkreiselmoleküle 84
4. Asymmetrische Kreiselmoleküle 85
5. Moleküle mit innerer Rotation 88