Protonen hüpfen bei energetisch günstiger Situation von einem Wassermolekül zum anderen

Wassermolekul modell

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English version Wasser Reines Wasser ist kristallklar, farblos — aber an klaren, tiefen Gewässern sehen wir, dass es doch schwach bläulich-grünlich ist. Schwebstoffe können darüberhinaus die Eigenfarbe des Wassers überdecken. Die Ostsee.

Nutzungshinweise

In einem aufwendigeren Experiment sieht man die Farbe deutlicher: Der experimentelle Aufbau ist hier zu sehen. Woher rührt diese blaugrüne Farbe? Elektronen können in den Wassermolekülen durch sichtbares Licht nicht in angeregte Zustände befördert werden — dazu reicht die Energie der Photonen nicht.

Die vier Orbitale der bindenden und nichtbindenden Elektronenpaare sind nach den Ecken eines Tetraeders ausgerichtet. Die in Abbildung 1 rot eingezeichneten Elektronenpaare befinden sich in den Atomorbitalen und die grauen Elektronenpaare in den Molekülorbitalen. Dipolmoment Sauerstoff hat in der Pauling-Skala mit 3,5 eine um 1,4 höhere Elektronegativität als Wasserstoff mit 2,1. Durch die gewinkelte Geometrie des Moleküls und die unterschiedlichen Partialladungen der Atome hat es auf der Seite des Sauerstoffs negative und auf der Seite der beiden Wassermolekul modell positive Polarität. Diese bewirkt das Dipolmomentdas in der Gasphase 1,84 Debye beträgt.

Erst durch Ultraviolettstrahlung sind elektronische Anregungen möglich. Aber es gibt noch andere Molekülanregungen: Schwingungen und Rotationen. Um Rotationen anzuregen reichen winzige Energien.

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Die Frequenzen der Vibrationen sind ebenfalls viel niedriger als die des sichtbaren Lichtes: Trotzdem sind die Vibrationen die Ursache der Farbe des Wassers. Den experimentellen Beweis dafür lieferten C. Braun und S. Smirnov Wassermolekul modell.

Das soll im folgenden erläutert werden.

Raumstrukturen bei zwei bis vier Elektronenpaaren am Zentralatom

Das nebenstehende Bild zeigt ein mechanisches Modell zur Veranschaulichung der Geometrie: Beschränkt man sich bei der Untersuchung des mechanischen Modells auf kleine Schwingungen, so findet man drei Formen einfach periodischer harmonischer Schwingungen Eigenschwingungen, Modenund die zugehörigen Frequenzen.

Diese werden durch die folgenden Bilder veranschaulicht: Doppelklicken auf die Bilder startet die Schnell reich werden, einfaches Klicken schaltet sie wieder aus.

Für Wasserdampf wurden die Frequenzen der drei Schwingungsformen ermittelt siehe z. Herzberg, G. Infrared and Raman Spectra; D.

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen: Welche hauptsächliche Neuerung führte Sommerfeld ein? Wie viele Unterschalen besitzt eine Hauptschale?

Van Nostrand: Princeton, ; p. Harmonische und anharmonische Schwingungen Unter harmonischen Schwingungen versteht man reine Sinusschwingungen; sie ergeben sich, wenn die rücktreibende Kraft genau proportional zur Auslenkung ist.

Helium, He, steht trotz seiner beiden Elektronen im 1s-Zustand nicht über Beryllium, Be, sondern in Übereinstimmung mit seinen chemischen Eigenschaften in der Gruppe der Edelgase. Die Gruppennummer 18 entspricht einer wassermolekul modell Auffüllung der s- und p-Niveaus einer Schale Ausnahme: Dies ist die Edelgaskonfiguration, die besonders stabile Elektronenanordnung der Edelgase. Die Elemente der ersten neun Nebengruppen, bei denen das d-Niveau nicht vollständig gefüllt ist, werden auch als Übergangselemente oder Übergangsmetalle bezeichnet. Die energetische Abfolge spiegelt die hohe Kernladungszahl des Neons im Vergleich zu Wasserstoff wider.

Dies ist in den meisten Fällen eine Idealisierung, doch der harmonische Oszillator stellt eines der wichtigsten Modelle in wassermolekul modell Physik überhaupt dar. Um die Diskussion einfach zu halten, betrachten wir die Schwingung eines Massenpunktes in wassermolekul modell fest vorgegebenen Kraftfeld.

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Die Bewegung soll nur in einer Richtung möglich sein, wir wählen diese wassermolekul modell x-Richtung. Die rücktreibende Kraft sei proportional zur Auslenkung, dann schwingt der Oszillator unabhängig von der Amplitude immer mit der gleichen Frequenz. Die quantenmechanische Behandlung des harmonischen Oszillators soll hier nicht skizziert werden.

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Daraus ergibt sich für die möglichen Energien eine gleichabständige "Leiter". Dipolübergänge können nur zwischen benachbarten Energieniveaus stattfinden. Das Potential einer harmonischen Schwingung und die wassermolekul modell ergebenden Energieniveaus. Die Form eines realistischen effektiven Potentials für Molekülschwingungen, qualitativ.

Die chemische Bindung

Die Energieniveaus, die sich in einem solchen Potential ergeben, sind nicht mehr gleichabständig. Die beiden Graphiken oben zeigen einen Vergleich zwischen einem realistischen Potential zwischen Molekülbausteinen rechts und einem in Ruhelage und Krümmung an dieses angepassten Oszillatorpotential.

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Für das realistische Potential ist schon die klassische Behandlung der Schwingung nicht ganz einfach. Am einfachsten ist heute die numerische Integration der Bewegungsgleichung mithilfe des Computers. Zwei Schwingungen in dem oben rechts skizzierten Potential mit verschiedener Amplitude.

Ähnliches ist in der Akustik wohlbekannt: Ein Oszillator kann auch durch Einwirkung einer periodischen Kraft mit der Frequenz der Oberschwingungen wassermolekul modell Resonanz versetzt werden.

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Dieser Sachverhalt hat eine quantenmechanische Entsprechung: Entsprechendes findet man beim Wassermolekül. Die Grundfrequenzen liegen weit im Infraroten, aber mit geringer Wahrscheinlichkeit können auch Übergänge stattfinden, die den Oberschwingungen entsprechen, also von Grundzustand gleich in höher angeregte Vibrationszustände führen. So kommt es zu einer ganz geringen Absorption im langwelligen, roten Bereich des sichtbaren Lichtes. Entsprechendes geschieht in der geordneten Anordnung der Wassermolekul modell im Eis: Für wassermolekul modell Gitterschwingungen ergeben sich Frequenzbänder, ganz analog, wie es bei der Behandlung der Festkörper erläutert wurde.

Bindungswinkel

Ein Eisberg in der Nähe von Spitzbergen. Dadurch erreichen auch die höchsten merklichen Absorptionen den sichtbaren Bereich nicht mehr. Wasser ist in der Menge seines Vorkommens einzigartig.