Molekelspektren

Molekelspektren sind die Spektren, die entstehen, wenn Moleküle elektromagnetische Strahlung absorbieren oder emittieren und dabei Übergänge zwischen energetischen Zuständen durchlaufen. Sie liefern Informationen über die Struktur, Bindungsstärken und Geometrie von Molekülen und ermöglichen Einblicke in deren physikalische Eigenschaften.

Elektronische Spektren (UV/Vis) resultieren aus Übergängen zwischen elektronischen Zuständen. Sie zeigen oft Bandenstrukturen und vibronische Anteile; das Franck-Condon-Prinzip beschreibt die Kopplung von elektronischer und vibronischer Bewegung. Vibrationale Spektren (IR) entstehen durch Übergänge zwischen vibrationalen Zuständen; sie erfordern eine Änderung des Dipolmoments. Die charakteristischen Frequenzen liefern Hinweise auf funktionelle Gruppen und Bindungsarten. Rotationsspektren (Mikrowellenbereich) resultieren aus Rotationen des Moleküls; sie liefern Rotationskonstanten, Trägheitsmomente und damit Informationen zur Molekülgeometrie. Raman-Spektren ergeben sich aus inelastischer Lichtstreuung; die Signale spiegeln Änderungen der Polarisierbarkeit wider und ergänzen IR-Spektren bei der Strukturaufklärung.

Die Messung erfolgt mit verschiedenen Spektrometern: UV/Vis-, IR- bzw. FTIR-, Raman- und Mikrowellenspektrometern. Moderne Systeme verwenden Fourier-Transformation (FTIR, FT-Raman) und Laserquellen für hohe Empfindlichkeit. Die Interpretation basiert auf Energiedifferenzen zwischen Zuständen und Übergangswahrscheinlichkeiten; Temperatur, Isotopeneffekte und Molekül-Symmetrie beeinflussen die Spektren.

Anwendungen umfassen die Identifikation von Substanzen, Strukturaufklärung, Untersuchung von Reaktionskinetik und Umweltmessungen. In der Astronomie liefern Molekelspektren Informationen über die chemische Zusammensetzung von Sternen, Planeten und interstellarer Materie. Spektraldatenbanken wie NIST, HITRAN und weitere Bibliotheken bieten Referenzspektren und Parameter für den Abgleich.