Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

314 R. GROSS Kapitel 9: MoleküleAbbildung 9.1: Fullerene als typische Vertreter molekularer Festkörper. Das C 60 -Molekül ist im Bildoben links gezeigt. Es besitzt ikosaedrische Symmetrie und ähnelt strukturell einem Fußball. C 60 -Moleküle bilden bei Abkühlung aus der Gasphase kristalline Festkörper, sie kristallisieren in einekubisch-flächenzentrierte Struktur (Bild oben rechts). Die Wechselwirkung der C-Atome auf dem Ballsind auf Grund der kovalenten Bindungen um Größenordnungen stärker als die van der Waals Wechselwirkungender Bälle untereinander. Diese Separation der Energieskalen spiegelt sich in allen physikalischenEigenschaften von Fullerenen wieder. Unter geeigneten Bedingungen, z.B. Dotierung mitAlkali-Atomen (z.B. Rb), können sich die C 60 -Moleküle kovalent aneinanderketten. Es entstehen Makromoleküle(Polymere), die im Festkörper hochsymmetrisch angeordnet sind. Neben den im unteren Bildgezeigten Ketten beobachtet man auch 2-dimensionale Schichtpolymere.Dabei ist in nahezu allen Fällen die Grenze zwischen der Physik und den anderen Naturwissenschaftenfließend.Es wäre allerdings falsch anzunehmen, dass sich aktuelle Forschungsvorhaben nur auf komplexe Molekülebeschränken. Prominentestes Beispiel eines einfachen Moleküls, welchem wissenschaftlich sehrgroße Aufmerksamkeit geschenkt wird, ist das Wassermolekül. Das physikalische Verhalten dieses vorallem für die Biologie so wichtigen Lösungsmittels wirft weiterhin große Fragen auf. Wir können hierauch nicht annähernd auf all diese interessanten Fragestellugen eingehen. Es sollen im Folgenden nur diegrundlegenden Konzepte der chemischen Bindung und der molekularen Anregungen diskutiert werden,c○Walther-Meißner-Institut