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Als '''Molekülrotation''' wird die Drehung von [[Molekül]]en um ihren [[Massenmittelpunkt|Schwerpunkt]] verstanden. Diese [[Rotation (Physik)|Rotationen]] können in allen Molekülen auftreten, jedoch haben sie bei linearen und nichtlinearen Molekülen unterschiedliche Auswirkungen. Sie können über die Zufuhr von [[Energie]] angeregt werden, beispielsweise durch [[Wärme]]. Molekülrotationen haben | Als '''Molekülrotation''' wird die Drehung von [[Molekül]]en um ihren [[Massenmittelpunkt|Schwerpunkt]] verstanden. | ||
Diese [[Rotation (Physik)|Rotationen]] können in allen Molekülen auftreten, jedoch haben sie bei linearen und nichtlinearen Molekülen unterschiedliche Auswirkungen. Sie können über die Zufuhr von [[Energie]] angeregt werden, beispielsweise durch [[Wärme]]. Molekülrotationen haben unter anderem Bedeutung als Modell in der [[Infrarotspektroskopie]] und [[Mikrowellenspektroskopie]]. | |||
== Einfluss auf Stoffeigenschaften == | == Einfluss auf Stoffeigenschaften == | ||
Molekülrotationen bilden zusammen mit [[Molekülschwingung]]en und Molekültranslation die [[Freiheitsgrad]]e eines Moleküls, die Einfluss auf [[Thermodynamik|thermodynamische]] Größen eines Stoffes haben. | Molekülrotationen bilden zusammen mit [[Molekülschwingung]]en und Molekültranslation die [[Freiheitsgrad]]e eines Moleküls, die Einfluss auf [[Thermodynamik|thermodynamische]] Größen eines Stoffes haben. | ||
So bestimmt die Molekülrotation | So bestimmt die Molekülrotation zum Beispiel die [[innere Energie]], [[Entropie (Thermodynamik)|Entropie]] und [[Wärmekapazität]] eines Stoffes mit. Diese Eigenschaften können auch mit Hilfe der [[Statistische Thermodynamik|statistischen Thermodynamik]] berechnet werden. Die [[Rotationsentropie]] kann unter anderem über die [[Rotationszustandssumme]] ermittelt werden. | ||
== Anregung durch Wärme == | == Anregung durch Wärme == | ||
Nach der [[Boltzmann-Statistik]] sind bei höheren Temperaturen mehr [[Zustand (Quantenmechanik)|Rotationszustände]] angeregt als bei niedrigeren. | Nach der [[Boltzmann-Statistik]] sind bei höheren Temperaturen mehr [[Zustand (Quantenmechanik)|Rotationszustände]] angeregt als bei niedrigeren. | ||
Bei niedrigen Temperaturen können die Rotationen von Molekülen (oder eines Teils davon) auch eingefroren sein. Dies konnte mittels [[Rastertunnelmikroskop]]ie direkt sichtbar gemacht werden, wobei die Stabilisierung bei höheren Temperaturen mit der Rotationsentropie erklärt werden konnte.<ref>{{Literatur |Autor=Thomas Waldmann, Jens Klein, Harry E. Hoster, R. Jürgen Behm |Titel=Stabilization of Large Adsorbates by Rotational Entropy: A Time-Resolved Variable-Temperature STM Study |Sammelwerk=ChemPhysChem |Datum=2012 |Seiten=n/a–n/a |DOI=10.1002/cphc.201200531}}</ref> | Bei niedrigen Temperaturen können die Rotationen von Molekülen (oder eines Teils davon) auch [[Eingefrorener Freiheitsgrad|eingefroren]] sein. Dies konnte mittels [[Rastertunnelmikroskop]]ie direkt sichtbar gemacht werden, wobei die Stabilisierung bei höheren Temperaturen mit der Rotationsentropie erklärt werden konnte.<ref>{{Literatur |Autor=Thomas Waldmann, Jens Klein, Harry E. Hoster, R. Jürgen Behm |Titel=Stabilization of Large Adsorbates by Rotational Entropy: A Time-Resolved Variable-Temperature STM Study |Sammelwerk=ChemPhysChem |Datum=2012 |Seiten=n/a–n/a |DOI=10.1002/cphc.201200531}}</ref> | ||
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* [[Molekülphysik]] | * [[Molekülphysik]] | ||
* [[Starrer Rotator]] | |||
== Allgemeine Lehrbücher == | == Allgemeine Lehrbücher == | ||
Als Molekülrotation wird die Drehung von Molekülen um ihren Schwerpunkt verstanden.
Diese Rotationen können in allen Molekülen auftreten, jedoch haben sie bei linearen und nichtlinearen Molekülen unterschiedliche Auswirkungen. Sie können über die Zufuhr von Energie angeregt werden, beispielsweise durch Wärme. Molekülrotationen haben unter anderem Bedeutung als Modell in der Infrarotspektroskopie und Mikrowellenspektroskopie.
Molekülrotationen bilden zusammen mit Molekülschwingungen und Molekültranslation die Freiheitsgrade eines Moleküls, die Einfluss auf thermodynamische Größen eines Stoffes haben. So bestimmt die Molekülrotation zum Beispiel die innere Energie, Entropie und Wärmekapazität eines Stoffes mit. Diese Eigenschaften können auch mit Hilfe der statistischen Thermodynamik berechnet werden. Die Rotationsentropie kann unter anderem über die Rotationszustandssumme ermittelt werden.
Nach der Boltzmann-Statistik sind bei höheren Temperaturen mehr Rotationszustände angeregt als bei niedrigeren. Bei niedrigen Temperaturen können die Rotationen von Molekülen (oder eines Teils davon) auch eingefroren sein. Dies konnte mittels Rastertunnelmikroskopie direkt sichtbar gemacht werden, wobei die Stabilisierung bei höheren Temperaturen mit der Rotationsentropie erklärt werden konnte.[1]
Lange Zeit konnten Molekülrotationen nicht direkt beobachtet werden. Erst Messtechniken mit atomarer Auflösung ermöglichten es, die Rotation eines einzelnen Moleküls nachzuweisen. So konnte beispielsweise die Rotationen eines an einer Cu(100)-Oberfläche adsorbierten Hexa-(tert-butyl)decacyclen-Moleküls mittels Rastertunnelmikroskopie näherungsweise direkt im Ortsraum beobachtet werden.[2] Dabei war das rotierende Molekül nur unscharf abzubilden, da es durch die Rotation nicht in Phase war.
