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Fachgebiet - Allgemeine Chemie

Allgemein versteht man in der Quantentheorie unter dem Spin (engl.: Drehung, Drall) die "Eigenrotation" eines Elementarteilchens (z.B. eines Elektrons - Elektronenspin).

Zur Deutung der Dublett-Struktur der Alkalimetalle (Anomaler Zeeman-Effekt) schlug Wolfgang Pauli 1924 vor, einen neuen Quantenfreiheitsgrad, der nur die Werte ±12 haben kann, einzuführen.

1925 führten Samuel A. Goudsmit und George E. Uhlenbeck den Begriff Elektronenspin als Analogon zur klassischen Eigenrotation (z.B. der Erde) ein. Obwohl Wolfgang Pauli darauf hingewiesen hat, dass diese Deutung nicht zutreffen kann, ist sie wegen ihrer Anschaulichkeit bis heute weit verbreitet.

Eine Deutung des Spins ergibt sich aus dem klassischen Korrespondenzprinzip. Danach entspricht jede Quantenzahl einem klassischen Bewegungsfreiheitsgrad. Während ein Zwei-Teilchen-System nur zwei Rotationsfreiheitsgrade hat, hat ein Mehr-Teilchen-System i.d.R. drei Rotationsfreiheitsgrade. Prinzipiell erfolgt die Lösung eines Mehr-Teilchen-Problems auf der Grundlage der Lösungen von Zwei-Teilchen-Problemen (z.B. Orbitale, Modell der unabhängigen Teilchen). Der fehlende dritte Rotationsfreiheitsgrad muss also nachträglich berücksichtigt werden.

Da nur der Gesamtdrehimpuls eine Erhaltungsgröße ist, können formal jedem Teilsystem, also auch einem Elementarteilchen, drei Rotationsfreiheitsgrade zugeordnet werden, die sich dann vektoriell zum Gesamtdrehimpuls des Systems addieren.

Als eine Komponente des Gesamtdrehimpulses, ist der Spin selbst keine messbare physikalische Größe (Observable). Messbar dagegen sind sein Betragsquadrat S2 sowie die Komponente in Richtung der Wechselwirkung mit einem äußeren magnetischen Feld, i.Allg. als Sz bezeichnet.

Siehe auch: NMR-Spektroskopie , EPR , Fermion , Boson , Anyon

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

Feinstruktur der AtomspektrenLevel 220 min.

ChemieAnalytische ChemieAtomabsorptionsspektrometrie

Der Spin wird eingeführt. Der Einfluss der Spin-Bahn-Kopplung auf die Feinstruktur von Atomspektren wird erläutert. Weiterführend werden relativistische und quantenelektrodynamische Effekte angesprochen.

OrbitalbesetzungLevel 220 min.

ChemieAllgemeine ChemieAtombau

Diese Lerneinheit beschreibt den Vorgang der Orbitalbesetzung am Beispiel von Helium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Eine Animation verdeutlicht die Orbitalbesetzung.