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Erschienen in:

2019 | OriginalPaper | Buchkapitel

6. Konzeptionelle Grundlagen der Photochemie

verfasst von : Michael Tausch

Erschienen in: Chemie mit Licht

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Die wichtigsten konzeptionellen Grundlagen für Photoprozesse werden jeweils in drei Stufen nach dem Top-down-Prinzip dargestellt. Diese Vorgehensweise wendet sich an Studierende und Lehrende. Dabei werden konzeptionelle Grundlagen aus der Anorganischen, Organischen, Physikalischen und Theoretischen Chemie extrahiert, die unmittelbar an die MO-Theorie und andere Fachinhalte anknüpfen. Daraus werden durch didaktische Reduktion schrittweise Konzepte und Modelle entwickelt, die für das Lehramtsstudium und für den Unterricht geeignet sind. Bei den Konzepten für den Unterricht wird jeweils die Kompatibilität mit lehrplangebundenen Basiskonzepten, Pflichtinhalten und Kompetenzen des Chemieunterrichts in der Sekundarstufe II bzw. Sekundarstufe I berücksichtigt.

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Nächstes Kapitel Experimente mit Licht

Bei der Einführung von theoretischen Konzepten und Modellen wird im Unterricht aus pädagogischen Gründen genau anders herum als in diesem Kapitel verfahren, d. h. nach dem Bottum-up-Prinzip. So können Konzepte und Modelle adäquat dem Alter und Bildungsstand der Lernenden zugeschnitten werden.

Die Vorzeichen plus und minus in den AO dienen dazu, eine formale Analogie zur In-Phase- bzw. Außer-Phase-Überlagerung bei der Interferenz von Schwingungen und Wellen anzudeuten.

Hierbei handelt es sich in der Regel um eine in der Lehre (Abschn. 5.7) „hausgemachte Fehlvorstellung“.

Weiterhin unterliegen auch die Rotations- und sogar die Translationszustände dem Quantifizierungsprinzip. Die werden in Abb. 6.6 nicht berücksichtigt.

Dass Molekülspektren Banden und nicht scharfe Linien enthalten, hat mehrere Gründe, u. a. die Rotations- und Translationszustände sowie Stöße zwischen den Molekülen und das beschränkte Auflösungsvermögen der Spektrometer.

Nach der Multiplizitätsregel oder Spinauswahlregel sind nur Übergänge erlaubt, bei denen sich die Multiplizität M, also auch der Gesamtspin S des Moleküls nicht ändert. Die Multiplizität M ist nach der Formel M = 2 S + 1 definiert. Dabei ist S der Gesamtspin des Moleküls. In Teilchen, die ausschließlich Elektronen mit antiparallelem Spin enthalten, ist der Gesamtspin S = ( + 1/2) + ( − 1/2) = 0. Daraus ergibt sich M = 1; solche Teilchen befinden sich in Singlett-Zuständen S₀, S₁, S₂ usw. Bei Molekülen, die zwei Elektronen mit parallelem Spin enthalten, ergibt sich die Bezeichnung Triplett T, denn in diesem Fall ist S = ( + 1/2) + ( + 1/2) = 1 und M = 3.

Im vergleichsweise langlebigen T₁-Zustand können thermische Schwingungsanregungen und anschließende ISC-Übergänge den S₁-Zustand zurückbilden. Dieser desaktiviert sehr rasch durch Fluoreszenz. Die so zustande kommende Fluoreszenz bezeichnet man als verlangsamte Fluoreszenz.

Im Seminar können (sollten) die didaktisch reduzieren Modelle jeweils mit den Modellen aus dem Lehramtsstudium mithilfe der Leitlinien aus Abschn. 5.8 verglichen werden.

Die übliche Bezeichnung „elektronisch angeregte Zustände“ wird beibehalten, wenngleich weiter oben in diesem Abschnitt gezeigt wurde, dass es sich um eigenständige, kurzlebige Spezies handelt, die auch als „Elektronenisomere“ der Moleküle im Grundzustand bezeichnet werden können.

Die Energiehyperflächen des Singlett- und Triplett-Zustands, S₁ und T₁, unterscheiden sich nur geringfügig.

Wenn die Differenz der Aktivierungsenergien z. B. 20 kJ/mol beträgt, bildet sich bei Raumtemperatur 10 000-mal mehr P₁ alsP₂; bei 300 °C sind es immer noch 100-mal mehr P₁ als P₂.

eV (Elektronvolt) ist eine Energieeinheit. Zwischen der Energie E eines Photons in eV und seiner Wellenlänge λ in nm besteht die Beziehung E = 1240/λ.

Genauer genommen handelt es sich um einen Abschnitt eines Polymes-Moleküls, der aus 5 bis 15 Struktureinheiten besteht; dieser Abschnitt entspricht der effektiven Konjugationslänge im Makromolekül [26].

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Titel: Konzeptionelle Grundlagen der Photochemie
verfasst von: Michael Tausch
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Chemie mit Licht
Print ISBN: 978-3-662-60375-8

Electronic ISBN: 978-3-662-60376-5

Copyright-Jahr: 2019
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-60376-5_6

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