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Alt 09.02.20, 23:43
Treibhauseffekt Treibhauseffekt ist offline
Newbie
 
Registriert seit: 09.02.2020
Beitr?ge: 8
Standard Wie funktioniert IR-Absorption?

Guten (stürmischen) Abend zusammen,

Vorweg: Ich bin weder Physiker, noch Chemiker, aber ich interessiere mich sehr für Wetter und Klima. Derzeit arbeite ich mich etwas in das Thema Klimaerwärmung ein. Man findet dazu ja sehr viel und sehr verständliche Literatur.

Nur ein Punkt wird meines Erachtens sehr stiefmütterlich erfasst: Wie funktioniert die Absorption von Infrarotstrahlung durch Moleküle überhaupt? Warum ist also Kohlendioxid überhaupt ein Treibhausgas und warum Sauerstoff nicht? Was passiert da physikochemisch?

Ich betone an dieser Stelle nochmal, dass ich wirkliche Laie bin auf dem Gebiet. Ich würde mich aber wirklich sehr freuen, wenn es einer von euch schafft, mir den Sachverhalt recht einfach zu erklären, so dass ihn auch ich einigermaßen verstehe. Zumindest in den Grundzügen.

Ich bin natürlich bisher nicht untätig gewesen und hab ein bisschen recherchiert. Gibt ja auch Google. Nur sind da die Informationen entweder sehr oberflächlich oder dann eben so sehr im Detail mit Formeln und pipapo, dass ich das als Laie nicht mehr nachvollziehen kann.

Trotzdem: Was kann ich bisher zu dem Thema sagen:

=> 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.

=> 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.

=> Das geht nur bei Molekülen mit mehr als 2 Atomen, was am Dipolmoment liegt, das dafür notwendig ist. 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.
wobei ist das nicht ganz verstanden habe: Nimmt es erst die IR-Strahlung auf und wird es DADURCH dynamisch dipolar; denn ich hab das so verstanden, dass nur dipolare Moleküle überhaupt IR-Strahlung aufnehmen können – das beißt sich ja etwas...

=> Diese Schwingungsänderungen durch die Absorption von IR-Strahlung sorgt für eine Energiedifferenz und diese Differenz kann als Photon wieder abgegeben werden. Spricht, es wird Wärme zurück auf den Erdboden (aber auch in andere Richtungen) abgestrahlt.
Auch das hab ich nicht so genau verstanden: Die Moleküle werden DURCH die IR-Strahlung in einen anderen Schwingungs- und Rotationszustand gebracht; damit ist die Energie doch schon absorbiert oder? Anderswo lese ich, dass durch diese Änderung des Zustands überhaupt erst in der Größe der Differenz Photonen aufgenommen werden können. Aber was verursacht dann diese Änderung?

Völlig unklar ist mir noch, was der Streuquerschnitt der Moleküle dabei für eine Rolle spielt.

War das in etwa so richtig?
Was ist falsch? was sollte ergänzt werden?

Ich danke euch schon mal für eure Hilfe!
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