Struktur der Materie: Grundlagen, Mikroskopie und Spektroskopie

In diesem Einführungskapitel wird, ausgehend von klassischen Experimenten zum Aufbau der Materie, das heutige Verständnis der Struktur von Gasen, Flüssigkeiten, Festkörpern und Grenzflächen im ersten Überblick dargestellt. Die physikalisch-chemischen Ansätze der Thermodynamik, Kinetik, Theorie der chemischen Bindung und statistischen Thermodynamik werden kurz charakterisiert. Anschließend wird die Gliederung des folgenden Stoffs vorgestellt.

Im letzten Kapitel haben wir Konzepte und theoretische Methoden für einfache Modellsysteme kennengelernt. In diesem Kapitel wollen wir nun die experimentellen Möglichkeiten kennenlernen, mit denen man physikalische und chemische Eigenschaften nicht nur von einfachen Modellsystemen, sondern von allgemeinen realen Systemen untersuchen, charakterisieren und auf atomarer Ebene verstehen kann. Diese Untersuchungen an freien Molekülen, Flüssigkeiten, Festkörpern oder Grenzflächen erlauben es, die Möglichkeiten und Grenzen von existierenden Theorien zu erkennen, Theorien für komplexere Systeme zu entwickeln und den Einfluß der Messung selbst auf den Zustand der Materie zu erfassen.

In diesem Kapitel werden in den ersten drei Abschnitten 5.1–5.3 die wesentlichen Grundlagen der Mathematik. der klassischen Physik und der Quantenmechanik zusammenfassend vorgestellt, die zum Verständnis des Stoffs benötigt werden, aber im Hauptteil nicht abgehandelt wurden. Dabei wird auf umfangreiche Herleitungen verzichtet, die detailliert in Lehrbüchern der Mathematik und Physik aufgeführt sind. Der vierte Abschnitt 5.4 enthält ausgewählte Ableitungen und Details aus der Spektroskopie (Kap. 3). In Abschn. 5.5 finden sich Tabellen und Stoffdaten.