[Treibhauseffekt]

ch hab das jetzt mal hier ein bisschen zusammengetragen. Ist das so richtig?

=> Moleküle sind ein Verbund von Atomen. Sie sind nicht starr, sondern bewegen sich permanent: Sie schwingen und rotieren also. Jedes Molekül tut das in seinem eigenen Frequenzbereich. Es gibt dabei verschiedene Arten von Schwingung: Bei Valenzschwingungen werden die Moleküle entlang ihrer Bindungsachse gestreckt und gestaucht. Bei der Deformationsschwingung ändern sich der Biegewinkel der Atome – man nennt das daher auch Biegeschwingung.

=> Die Infrarotstrahlung ist die elektromagnetische Wärmestrahlung. Es handelt sich also um Lichtteilchen Photonen mit einer bestimmten Energie, je nach Spektrum. Korreliert nun die Frequenz der IR-Strahlung mit der Rotations- bzw. Schwingungsfrequenz des Moleküls, dann kann dieses Molekül das Photon bzw. die Energie aufnehmen und den Schwingungszustand somit ändern. Es kommt zu einer Schwingungsanregung der Bindung

=> Diese Wechselwirkung ist aber nur dann möglich, wenn im Molekül bewegte elektrische Ladung zur Verfügung steht: Dipolmoment. Ein Dipolmoment ist die räumliche Ladungstrennung, also der Schwerpunkt der positiven Ladungen und der der negativen Ladungen fallen nicht zusammen. Bei zweiatomigen Molekülen ist das oft der Fall, sie sind unpolar, also die Ladungsverteilung ist homogen. Es braucht auch kein statisches Dipolmoment für die IR-Absorption, es kann auch ein dynamisches Dipolmoment sein. Daher sind Moleküle mit zwei Atomen wie Sauerstoff und Stickstoff keine Treibhausgase.

=> Je komplizierter nun ein Molekül in seinem Aufbau ist, desto besser kann es IR-Strahlung aufnehmen – weil es mehr Rotations- und Schwingungsmöglichkeiten gibt. Man spricht von Bewegungsfreiheitsgraden. Jedes Molekül hat Bewegungsfreiheitsgrade drei Mal der Anzahl der Atome: Also ein Atom mit drei Molekülen wie CO2 hat drei Mal drei, also neun Bewegungsfreiheitsgrade; drei davon entfallen immer auf die Translation des kompletten Moleküls – also dessen Bewegung in alle drei Raumdimensionen; zwei weitere bei linearen Molekülen (wie CO2) oder drei weitere bei angewinkelten Molekülen (wie etwa H2O) fallen auf die Rotationen des Moleküls. Ein CO2-Molekül hat also noch 3*3-5=4 Schwingungsfreiheitsgrade, H20 hat 3*3-6=3 Schwingungsmoden. Je mehr Schwingungsfreiheitsgrade, desto wahrscheinlicher ist eine IR-Absorption (ist das richtig? Demnach wäre ja ein H20-Molekül weniger treibhausaktiv als ein CO2-Molekül, es heißt aber H20 ist stärkeres Treibhausgas? Oder liegt das nur an der Konzentration)?

=> Jede Schwingungen und Schwingungsfrequenzen sind charakteristisch für ein Molekül und ergibt sich durch die Masse der Atome sowie der Stärke, Länge und Winkel der Bindungen. Jedes Molekül nimmt daher in einem anderen Spektrum IR-Strahlung auf, nämlich in dem Bereich, in dem die Photonen das gleiche Energieniveau haben. Ein Photon ist ein Wechselwirkungsteilchen der elektromagnetischen Strahlung – also so zu sagen ein Lichtteilchen. Man kann also anhand der Absorptionsspektren exakt die entsprechenden Moleküle identifizieren.

=> Wechselwirkung von Molekülen mit IR-Strahlen kennen wir so gut, dass wir unsere Technik wie die Computertomografen und Kernsplint darauf aufbauen.