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Alt 03.04.2018, 15:14   #1   Druckbare Version zeigen
Torches  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 4
Frage Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

Hallo zusammen,
Ich muss für Chemie eine GFS über den Treibhauseffekt schreiben. Deshalb würde ich gerne wissen was genau passiert, wenn die langwellige Strahlung auf die Spurengase in unserer Atmosphäre wie z.B. Methan treffen? Im Interent steht leider nur, dass die Spurengase die Wärme der langwelligen Strahlung "emittieren", weshalb auch ein Großteil der Strahlung wieder zurück an die Erdoberfläche reflektiert werden.
Wie kann man emittieren in diesem Zusammenhang verstehen? Mich würde eben der genaue Vorgang interessieren. Vielleicht kann mir einer von euch weiter helfen?

Liebe Grüße
Torches
Torches ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 03.04.2018, 20:09   #2   Druckbare Version zeigen
NapalmDeath Männlich
Mitglied
Beiträge: 117
AW: Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

Hi Torches,

Gase wie Methan absorbieren zunächst die Strahlung, wobei Rotations- und Schwingungszustände der Moleküle angeregt werden (Prinzip der Infrarotspektroskopie). Die aufgenommene Schwingungs-/Rotationsenergie kann allerdings auch wieder abgegeben (=emittiert) werden. Hierbei gibt es jedoch keine Vorzugsrichtung, stattdessen wird in alle Raumrichtungen gleichermaßen abgestrahlt. Das bedeutet jedoch auch, dass ein gewisser Anteil wieder zurück in Richtung Erde gelangt.

Ein Teil der absorbierten Strahlung wird also tatsächlich 'reflektiert'.

Vielleicht hilft dir das schon mal.

LG, Nico
NapalmDeath ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 03.04.2018, 21:16   #3   Druckbare Version zeigen
pleindespoir Männlich
Mitglied
Beiträge: 5.311
AW: Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

"Ich muss für Chemie eine GFS über den Treibhauseffekt schreiben"

Ist das Ergebnis der Arbeit bereits vom Politbüro festgelegt oder darfst Du eine eigene Meinung haben, ohne Dein Abitur zu gefährden?
__________________
Schach is voll langweilig:
Immer die gleiche Map und die Charakter kann man auch nicht modden.
pleindespoir ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.04.2018, 07:55   #4   Druckbare Version zeigen
imalipusram  
Mitglied
Beiträge: 6.390
AW: Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

Zitat:
Zitat von pleindespoir Beitrag anzeigen
Ist das Ergebnis der Arbeit bereits vom Politbüro festgelegt oder darfst Du eine eigene Meinung haben, ohne Dein Abitur zu gefährden?
Requst for Discussion (RFD): Einführung von like etc buttons.
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I solemnly swear that I'm up to no good!
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Und so gehts hier manchmal zu (sowas Ähnliches wie Fronleichnam, hier wird TuDiGong, dem Erdgott, tüchtig eingeheizt!) Oder so (auch ungeeignet für Gefahrstoffphobiker) und so und so.
imalipusram ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.04.2018, 11:51   #5   Druckbare Version zeigen
Peter Schmidt Männlich
Mitglied
Beiträge: 705
AW: Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

Hallo,

vielleicht ist noch wichtig, dass die Hauptbestandteile der Atmosphäre, also Sauerstoff und Stickstoff, als symmetrische Moleküle Infrarotstrahlung nicht absorbieren. Voraussetzung für eine Absorption ist eine Änderung des Dipolmoments, wie sie bei Streckschwingungen und Deformationsschwingungen mehratomiger Moleküle auftritt. Bei N2 und O2 bewirkt z.B. eine Streckschwingung keine Dipoländerung. Bestände die Luft nur aus diesen Gasen und Edelgasen, könnte die Wärmestrahlung also ungehindert ins Weltall entweichen. H2O, CO2, CH4 und andere Treibhausgase absorbieren IR-Strahlung und emittieren einen Teil davon wieder in Richtung Erde, was zur Erwärmung führt.

Die genannten Gase lassen aber wie O2 und N2 die kurzwellige Strahlung (sichtbares und UV-Licht) ungehindert passieren. Diese wird auf der Erdoberfläche absorbiert und teilweise in Wärmestrahlung umgewandelt. Die Menge der Treibhausgase reguliert also die Wärmeabstrahlung und damit die Temperatur der Atmosphäre. Eine bestimmte Menge sorgt für ein angenehmes Klima, ein Zuviel heizt die Erde auf.

Mit freundlichen Grüßen
Peter
Peter Schmidt ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 08.04.2018, 10:55   #6   Druckbare Version zeigen
Torches  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 4
AW: Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

Zitat:
Zitat von Peter Schmidt Beitrag anzeigen
Hallo,

vielleicht ist noch wichtig, dass die Hauptbestandteile der Atmosphäre, also Sauerstoff und Stickstoff, als symmetrische Moleküle Infrarotstrahlung nicht absorbieren. Voraussetzung für eine Absorption ist eine Änderung des Dipolmoments, wie sie bei Streckschwingungen und Deformationsschwingungen mehratomiger Moleküle auftritt.
Peter


Hallo Peter, vielen Dank für deine Antwort!
Da ich noch nicht so bewandert bin der Chemie...
Habe ich ein paar Verständnisfragen:

1. Was meinst du mit symmetrischen Molekülen?
2. Was ist ein Diplomoments?
3 Was genau sind Streckschwingungen und Deformationsschwingungen?

Liebe Grüße
Torches
Torches ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 08.04.2018, 15:26   #7   Druckbare Version zeigen
Peter Schmidt Männlich
Mitglied
Beiträge: 705
AW: Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

Hallo Torches,

fangen wir mal mit symmetrischen Molekülen an. Die wichtigsten sind Sauerstoff und Stickstoff. Das Sauerstoffmolekül z.B. besteht aus zwei Sauerstoffatomen, die durch eine chemische Bindung miteinander verbunden sind. In die Mitte der chemischen Bindung kann man eine Symmetrieachse legen; die Molekülhälften rechts und links sind gleich. Dasselbe gilt für das Stickstoffmolekül N2. Die Bindungen zwischen den Atomen schwingen nun, das heißt, sie dehnen sich und ziehen sich zusammen mit einer bestimmten Frequenz ("Streckschwingung"). Aber egal wie weit sie auseinander oder zusammen sind, die Moleküle bleiben symmetrisch.

Nun zum Dipolmoment. Atome haben eine unterschiedliche Tendenz, Elektronen an sich zu ziehen. Das liegt hauptsächlich daran, dass die Atomkerne unterschiedliche positive Ladungen haben. So halten sich Elektronen im CO2 z.B. lieber an den Sauerstoffatomen mit ihren 8-fach positiv geladenen Kernen auf als am Kohlenstoff, der nur 6 positive Ladungen besitzt. Sauerstoff ist elektronegativer als Kohlenstoff. Nun ist CO2 im Grunde auch ein symmetrisches Molekül. In der Mitte ist der Kohlenstoff, rechts und links ist jeweils ein Sauerstoff. Die Bindungen sind linear angeordnet, man kann also durch das C-Atom eine Symmetrieachse legen, bei der auch die Elektronen-Verteilung symmetrisch ist. Nun haben wir zwei Bindungen, die schwingen und sie können auch gegeneinander schwingen. Wenn die eine Bindung gedehnt ist, kann die andere gestaucht sein. Dadurch wird die Elektronenverteilung unsymmetrisch, an einer Stelle des Molküls ist ein Ladungsüberschuss, an der anderen Stelle ein Ladungsunterschuß. Das Molekül bekommt ein Dipolmoment. Wenn die Schwingungsfrequenz mit der Frequenz des Lichts identisch ist, wird Licht absorbiert und die aufgenommene Energie wird in Schwingungsenergie umgewandelt.

Auch Methan ist symmetrisch. In der Mitte eines Tetraeders sitzt der Kohlenstoff, an den vier Ecken jeweils ein Wasserstoff. Die Elektronegativitäten von Kohlenstoff und Wasserstoff sind ähnlich, das heißt die Elektronen sind einigermaßen gleichmäßig über die Bindungen verteilt. Nun können diese Bindungen natürlich auch schwingen und da es vier sind, können alle möglichen Konformationen mit unsymmetrischer Ladungsverteilung entstehen. Zusätzlich können die Bindungen auch hin und her wackeln, die Wasserstoffatome neigen sich zueinander oder entfernen sich voneinander (Deformationsschwingung). Das erzeugt ebenfalls eine räumlich unsymmetrische Ladungsverteilung und damit ein Dipolmoment. Eine Deformationsschwigung ist auch beim CO2 möglich; das lineare Molekül wird dann gewinkelt.

Allgemein ist es so, dass die Frequenz der Dipolveränderung mit der Lichtfrequenz übereinstimmen muss, damit eine Absorption stattfindet.

Ich hoffe, ich habe etwas zur Verständlichkeit beigetragen.

Gruß Peter
Peter Schmidt ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 08.04.2018, 17:17   #8   Druckbare Version zeigen
Torches  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 4
AW: Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

Hallo Peter, vielen Dank für die schnelle Erklärung.
Soweit habe ich es verstanden, aber was ich nicht verstehe, wieso können CO2 und Methan trotzdem Licht absorbieren, obwohl sie auch achsensymmetrische Moleküle sind?
Und wenn die aufgenommene Energie in Schwingung umgewandelt, wie wird dann diese wieder emittiert?

Liebe Grüße
Torches

Torches ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 09.04.2018, 09:13   #9   Druckbare Version zeigen
Peter Schmidt Männlich
Mitglied
Beiträge: 705
AW: Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

Hallo Torches,

CO2 und CH4 sind zwar von der theoretischen Struktur her symmetrisch aufgebaut. Durch das Gewackele der Schwingungen werden sie aber unsymmetrisch. Bei einem Kohlendioxid-Molekül können durch die Streckschwingungen die beiden Sauerstoffatome unterschiedlich weit vom C-Atom sein. Der Kohlenstoff sitzt dann nicht mehr genau in der Mitte, die Elektronenverteilung wird asymmetrisch. Auch beim Methan sitzen die H-Atome durch die Deformationsschwingungen nicht mehr genau in den Ecken des idealen Tetraeders, sondern führen eine Art Pendelbewegung um diese Punkte durch. Oder sie strecken sich und verlassen auch damit die ideale Position. Alles das führt zu verzerrten,unsymmetrischen Strukturen.

Durch Strahlungsabsorption angeregte Moleküle können wieder in einen energieärmeren Schwingungszustand übergehen und dabei Licht emittieren. Der häufigste Fall dürfte aber sein, dass sie ihre Energie bei Zusammenstößen mit anderen Molekülen verlieren. Die Energie wird dabei in Bewegungsenergie umgewandelt, die Moleküle werden schneller, die Luft heizt sich auf.

Viele Grüße, Peter
Peter Schmidt ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.04.2018, 18:19   #10   Druckbare Version zeigen
Torches  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 4
AW: Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

Zitat:
Zitat von Peter Schmidt Beitrag anzeigen
Hallo Torches,

CO2 und CH4 sind zwar von der theoretischen Struktur her symmetrisch aufgebaut. Durch das Gewackele der Schwingungen werden sie aber unsymmetrisch. Bei einem Kohlendioxid-Molekül können durch die Streckschwingungen die beiden Sauerstoffatome unterschiedlich weit vom C-Atom sein. Der Kohlenstoff sitzt dann nicht mehr genau in der Mitte, die Elektronenverteilung wird asymmetrisch. Auch beim Methan sitzen die H-Atome durch die Deformationsschwingungen nicht mehr genau in den Ecken des idealen Tetraeders, sondern führen eine Art Pendelbewegung um diese Punkte durch. Oder sie strecken sich und verlassen auch damit die ideale Position. Alles das führt zu verzerrten,unsymmetrischen Strukturen.
Hallo Peter, vielen Dank für deine Antwort. Du hilfst mir wirklich weiter. Aber eine letzte Frage hätte ich noch. Wenn beim einem Kohlenstoffdioxid-Molekül sich die Sauerstoffatome durch die Schwingungen unterschiedlich weit weg bewegen können und so eine Asymmetrie entsteht. Weshalb entsteht dann keine Asymmetrie bei Sauerstoff-Molekülen oder Stickstoff-Molekülen, wenn diese in Schwingung geraten?

Liebe Grüße
Torches
Torches ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 12.04.2018, 18:30   #11   Druckbare Version zeigen
Fulvenus Männlich
Mitglied
Beiträge: 20.980
AW: Wass passiert wenn langwellige Sonnenstrahlung auf Spurengase treffen?

Zitat:
Zitat von Torches Beitrag anzeigen
Weshalb entsteht dann keine Asymmetrie bei Sauerstoff-Molekülen oder Stickstoff-Molekülen, wenn diese in Schwingung geraten?
Es handelt sich dort um zweiatomige Moleküle,da kommt es zu keiner Asymmetrie.
Sie können nur eine Veränderung entlang der Bindungsachse(Verkürzung/Verlängerung
des Abstandes)erfahren,was keinerlei Dipolmoment erzeugt.

Fulvenus!
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Stichworte
treibhauseffekt, treibhausgase

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