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Schwingungen von Molekülen im Kristallgitter - Melamin mit Wasserstoffbrücken

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Im kristallinen Zustand zeigen die Raman- und Infrarotspektren von Molekülen im Frequenzbereich 50-300 cm-1 Banden, die beim Schmelzen oder Auflösen des Kristalls verschwinden. Diese Banden gehören zu den Schwingungen der Moleküle auf ihren Gitterplätzen: Translationsschwingungen in den Richtungen der Molekülachsen und Torsionsschwingungen, auch Librationen genannt, um die Achsen der Moleküle. Die Frequenzen sind niedrig, da die Massen der Moleküle große und die zwischenmolekularen Federkräfte klein sind. Im Melamin ist die breite Bande im Ramanspektrum bei 126 cm-1 auf eine Libration zurückzuführen. In dieser Gitterebene des
Melaminkristalls sind vier Moleküle farbig gekennzeichnet. Betrachten wir zunächst die gemeinsamen Schwingungen zweier Moleküle. Die folgenden Schwingungen sind durch ein
Quant angeregt und werden mit
zehnfach vergrößerter Amplitude wiedergegeben. Hier
die Libration, eine Torsionsschwingung um
die horizontale y-Achse! Mit dieser Gitterschwingung gekoppelt ist eine innere
Molekülschwingung, die nichtebene Deformation der
NH2-Gruppen. Betrachten wir jetzt die
gemeinsamen Schwingungen aller Moleküle einer
Schicht im Kristallgitter. Die stärkste Bande des Ramanspektrums ist auf eine Translationsschwingung zurückzuführen. Hier die
Translationsschwingung in Richtung der horizontalen
y-Achse. Dabei schwingen die Moleküle
antiparallel gegeneinander. In der Kristallgitterschicht
schwingen ganze Molekülketten in dieser
Art gegeneinander. Jetzt erkennt man
deutlich, wie die Wasserstoffbrücken stark
gedehnt werden. Translation und Libration
können gleichzeitig erfolgen, wie Z. B. hier bei dieser Gitterschwingung. Bei der Translationsschwingung bewegt sich
der Schwerpunkt des Moleküls in
vertikaler Richtung. Gleichzeitig tritt eine
Libration um die horizontale y-Achse
ein. Alle Moleküle einer Schicht
schwingen in dieser Weise. Gitterschwingungen
lassen sich auch thermisch anregen.
Auf diese Weise können Kristalle
die spezifische Wärme speichern. Hier
die wahren Auslenkungen bei den
thermisch angeregten Gitterschwingungen. Bei 60 Kelvin bewegen sich die Moleküle nur wenig. Bei 300 Kelvin,
(d. h. bei Zimmertemperatur) beträgt die mittlere Amplitude der Translationsschwingung 0,8 Ångström, oder 0,08 Nanometer, die Amplitude der Librationen vier
Grad. Hieraus läßt sich die
Vorstellung ableiten, daß das Gitter
bei weiterer Temperaturerhöhung am Schmelzpunkt
bei ca. 630 Kelvin schließlich
zusammenbricht.
Kristall
Translationsfaktor
Molekülstruktur
Raman-Effekt
Molekülkette
Theoretische organische Chemie
Translationsfaktor
Molekül
Kristallinität
Erz
Elektrochemie

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Schwingungen von Molekülen im Kristallgitter - Melamin mit Wasserstoffbrücken
Alternativer Titel Oscillations of Molecules in Melamine Crystal Lattices with Hydrogen Bonds
Autor Schrader, Bernhard
Schneider, Richard
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung - keine Bearbeitung 3.0 Deutschland:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt in unveränderter Form zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.3203/IWF/C-1212
IWF-Signatur C 1212
Herausgeber IWF (Göttingen)
Erscheinungsjahr 1976
Sprache Deutsch
Produzent IWF
Produktionsjahr 1975

Technische Metadaten

IWF-Filmdaten Film, 16 mm, LT, 68 m ; F, 6 1/2 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Chemie
Abstract Translations- und Torsionsschwingungen der Moleküle. Am Beispiel des Melamins werden die elastischen Eigenschaften der zwischenmolekularen Wasserstoffbrücken-Bindungen demonstriert. Anhand der thermisch bei 60 und 300 K angeregten Gitterschwingungen wird verdeutlicht, daß sie der mechanische Speicher der spezifischen Wärme des Melamin-Kristalls sind.
Schlagwörter Wasserstoffbrückenbindung
Wärme, spezifische
Schwingung / im Molekül
Molekülstruktur

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