Взаимодействие спина с внешним магнитным поле

Как выражается энергия взаимодействия ядра, обладающего ненулевым спином, с внешним магнитным полем [c.85]

Малое различие мультиплетов. Этот тип магнетизма возникает, ели разность в энергиях между последовательными /-уровнями много меньше кТ. Спин-орбитальное взаимодействие здесь мало и им можно пренебречь. При этих обстоятельствах Ь и 8 будут взаимодействовать с внешним магнитным полем независимо дру эт друга, и [c.275]

Именно орбитальный вклад в магнитный момент частицы меняет условия резонанса, что проявляется в значении -фактора (Ланде), и это первая характеристика спектра ЭПР. Второй важнейшей чертой, содержащей большую информацию, является сверхтонкая структура спектра, обусловленная электрон-ядерным спин-спиновым взаимодействием. В спектрах ЭПР анизотропных образцов, содержащих парамагнитные центры с 5 1, может наблюдаться также тонкая структура, связанная с расщеплением спиновых уровней энергии в нулевом поле, т. е. без наложения внешнего магнитного поля. Определенную информацию несет ширина сигналов ЭПР. Сам факт наблюдения спектра говорит прежде всего о том, что хотя бы какая-то часть образца содержит парамагнитные частицы или центры, т. е. имеет неспаренные электроны. [c.55]

Рассмотрим некоторые примеры. Предположим, что наибольший вклад в энергию спинов РП дает взаимодействие с внешним магнитным полем. Энергия магнитного момента /л в поле с магнитной индукцией равна [c.22]

Расщепление триплетных подуровней вызывается спин-спино-вым диполь-дипольным или спин-орбитальным взаимодействием неспаренных электронов молекулы или их взаимодействием с внешним магнитным полем. Спин-гамильтониан триплетной молекулы можно записать в виде [38] [c.146]

Дадим теперь другое объяснение причины отклонения -фактора от чисто спинового значения, которое, однако, эквивалентно предыдущему. Для этого рассмотрим ту же ситуацию, но в обратном порядке. Спиновый и орбитальный моменты взаимодействуют в свободном атоме посредством спин-орбитальной связи. Рассматриваемая система обладает спиновым моментом количества движения и характеризуется спин-орбитальным взаимодействием. Следовательно, спин приводит к возникновению очень малого орбитального момента количества движения. Поэтому эффективность взаимодействия спина с магнитным полем уменьшается и условие резонанса удовлетворяется при более высоком значении напряженности внешнего поля. [c.23]

Прямым отождествлением фосфоресцентного состояния с триплетным состоянием является определение его парамагнетизма. В основном состоянии большинства органических молекул все электроны спарены, и такие молекулы диамагнитны. Однако следует ожидать, что многоатомные молекулы в триплетном состоянии должны быть парамагнитными, так как они будут иметь два электрона с параллельными спинами, которые могут сильно взаимодействовать с внешним магнитным полем. [c.231]

Экспериментально установлено, что электрон проявляет некоторые другие магнитные свойства, которые (если учесть, что электрон — отрицательно заряженная частица) заставляют предположить, что он обладает еще одним физическим свойством — собственным вращением, или спином. Тело, несущее заряд и обладающее спином, сильно взаимодействует с внешним магнитным полем и его называют парамагнитным, в то время как тело, слабо взаимодействующее с магнитным полем, называют диамагнитным. Спиновое квантовое число тд необходимо для того, чтобы обо.значить направление спина электрона или, точнее, магнитного поля, образующегося в результате наличия этого спина оно может иметь значения /з- При наличии внешнего поля ориентация электрона должна быть такой, чтобы спиновая составляющая момента была равна /г. Если два электрона отличаются по спиновому числу тв, то говорят, что они обладают противоположными спинами другой возможный случай — параллельные спины. [c.34]

Другое важное средство для исследования молекулярного порядка — ЯМР спектроскопия [53, 54]. В основу метода положено, что если в молекуле имеется пара протонов, то каждый спин взаимодействует с внешним магнитным полем Н, так же как и с полем диполей, образованных спинами соседних ядер. Последнее обстоятельство приводит к малым возмущениям собственных состояний гамильтониана в эффекте Зеемана, вследствие чего сигнал в спектре появляется в виде дублета. [c.52]

Как видно из рис. 9.3, сигнал ЭПР обладает не узкой линией, а полосой поглощения с определенной шириной. Это значит, что на самом деле сами энергетические уровни спинового состояния несколько размыты, т. е. обладают определенной шириной Г. Основная причина этого состоит в том, что взаимодействие с внешними магнитными полями не является единственным процессом обмена энергией в системе ориентированных спинов. [c.104]

Спины электронов, находящихся на одной атомной или молекулярной орбитали, суммируются и взаимно компенсируются. Поэтому валентно-насыщенные частицы не обладают магнитным моментом, обусловленным спином электронов. Тем не менее они взаимодействуют с магнитным полем, хотя и существенно слабее, чем парамагнитные частицы. Это взаимодействие обусловлено действием внешнего магнитного поля на электронные оболочки, т. е. на движущиеся электрические заряды. В результате действий магнитного поля движение электронов искажается, возникает некоторая намагниченность, пропорциональная напряженности приложенного поля и направленная навстречу полю. Тем самым внешнее поле как бы ослабляется. В частности, это приводит к некоторому выталкиванию вещества из магнитного поля, т, е, этим эффектом обусловлен диамагнетизм веществ, построенных из валентно-насыщенных частиц. Естественно, что диамагнетизм присущ и парамагнитным частицам, поскольку они практически всегда наряду с неспаренными электронами имеют и спаренные электроны. Однако в связи с тем что диамагнитные эффекты существенно слабее парамагнитных, в целом частицы не слишком большого размера, обладающие собственным магнитным моментом электронной природы, проявляют парамагнитные свойства. [c.91]

Число и относительные интенсивности линий в мультиплете зависят от сочетания спинов во взаимодействующих группах. Сверхтонкая структура спектров не зависит от резонансной частоты. Действительно, поскольку расщепление отдельной линии вызывается локальными магнитными полями, не зависящими от резонансной частоты и внешнего магнитного поля, то и сама сверхтонкая структура спектра остается неизменной. [c.260]

Если неспаренный электрон находится вблизи одного или нескольких ядер, имеющих спин, отличный от нуля, то в результате взаимодействия с магнитным полем этих ядер иеспаренный электрон может оказаться в различных локальных полях в зависимости от ориентации ядерных спинов по отношению к внешнему магнитному полю. Поэтому электроны будут вступать в резонанс при нескольких раз- [c.23]

Выше рассматривалось только взаимодействие ядер с внешним магнитным полем и полностью игнорировалось влияние электронного окружения и взаимодействие спинов ядер между собой. Для химии метод ЯМР важен прежде всего именно потому, что резонансные частоты ядер зависят от тонких магнитных взаимодействий, т. е. в конечном счете от особенностей строения и распределения электронной плотности в молекулах. [c.17]

Из существующей теории следует, что константы спин-спинового взаимодействия можно различать по знаку как положительные или отрицательные в зависимости от относительной энергетической выгодности той или иной взаимной ориентации ядерных спинов во внешнем магнитном поле. Экспериментально могут быть определены только относительные знаки констант спин-спинового взаимодействия, но принято, что прямая константа . С1н является положительной, исходя из чего указывают и знаки других констант. [c.27]

Таким образом, появление резонансных пиков при разных значениях индукции внешнего магнитного поля, когда развертка спектра проводится по полю при постоянной частоте, зависит прежде всего от -фактора. Поскольку это так и поскольку -фактор отражает характер спин-орбитального взаимодействия в системе, то в известном смысле чисто формально и условно этот параметр можно сравнивать с химическим сдвигом в спектрах ЯМР, хотя информативность "-фактора ниже. [c.58]

В поликристаллическом или замороженном стеклообразном образце из-за анизотропии спин-орбитального н диполь-дипольного взаимодействий даже в отсутствие внешнего магнитного поля (в ну- [c.63]

Существует теорема Крамере а, согласно которой у систем с четным число.м неспаренных электронов низшее по энергии состояние в нулевом поле соответствует т,з=0, как и показано на рис. П1.8, б для триплетного состояния молекул. Более высокие по энергии состояния из-за электростатического и спин-орбитального взаимодействия могут быть в отличие от случая, представленного на на рис. 1П.8, б, и не вырождены в отсутствие внешнего магнитного поля. Для анизотропных систем с нечетным числом неспаренных электронов при расщеплении в нулевом поле произвольной симметрии всегда существуют по крайней мере дважды вырожденные состояния. Это вырождение, называемое крамерсовским, снимается внешним магнитным полем, как показано на рис. П1.8, б для системы с электронным спином 5=1 и на рис. П1.9 для системы со спином 5 = 3/2. [c.64]

Кроме взаимодействия между системой ядерных спинов и решеткой, магнитные ядра системы могут также взаимодействовать друг с другом посредством магнитных полей. Один из путей такого взаимодействия появляется вследствие того, что результирующее магнитное поле в месте расположения какого-либо отдельного ядра состоит не только из внешнего магнитного поля Н , но и слабого локального магнитного поля Я ,ок, создаваемого соседними магнитными ядрами. Так, протон на расстоянии 10 нм создает локальное магнитное поле около 176 А/м. По мере удаления г от ядра напряженность локального магнитного поля быстро падает ( /г ) так что существенное влияние на него могут оказывать только его ближайшие соседи. Но и этого достаточно, чтобы отдельные [c.24]

Таким образом, сущность спин-спинового взаимодействия сводится к тому, что данное ядро или группа эквивалентных ядер через связующие электроны получает информацию о возможных спиновых состояниях соседней группы эквивалентных ядер в виде небольших составляющих магнитного поля, которые налагаются на внешнее магнитное поле Яц. В результате этого сигналы ЯМР высокого разрешения приобретают сверхтонкую структуру. Вид этой структуры зависит от числа и электронного окружения магнитных ядер, связанных с данным ядром. [c.86]

Сверхтонкая структура. Если в молекуле имеются ядра, обладающие магнитным моментом (/ Ф 0), то с ними может взаимодействовать магнитный момент неспаренного электрона. Ядро со спином / во внешнем магнитном поле имеет 21 1 возможностей ориентации и дает столько же вкладов в В . В этом случае на неспаренные электроны действуют 21 Ч- 1 магнитных полей, в которых может происходить резонансное поглощение наблюдают расщепление линий на 2/ + 1 равноудаленные линии, которые рассматривают как сверхтонкую структуру. [c.267]

Рассмотрим случай, когда ядро является протоном, спин которого равен 1/2. Благодаря взаимодействию моментов электрона и ядра-электрон получает дополнительную энергию АЕ/2 при параллельных спинах электрона и ядра и —ЛЕ/2 —при антипараллельных (множитель 1/2 введен для удобства вычислений). Тогда вместо двух энергетических уровней, которые появляются при действии внешнего магнитного поля (рис. 15,а), образуется четыре (рис. 15,6). [c.105]

В этом случае полимер рассматривают, во-первых, как некоторую решетку , под которой понимают не только упорядоченное расположение цепей в кристаллитах, но и ближний порядок в аморфных полимерах или в аморфных областях кристаллических полимеров. Во-вторых, говорят об упорядоченности, определяемой ориентацией магнитных диполей, которая обусловлена наличием ядерных спинов. Таким образом, полимер представляет собой сочетание двух систем решетки и системы спинов. Эти системы слабо взаимодействуют между собой, так как магнитные моменты ядер обычно значительно сильнее взаимодействуют с внешним магнитным полем при проведении эксперимента по ЯМР, чем между собой (Но НяокУ [c.265]

Возможность наблюдения ядерного магнитного разонанса основана на поглощении или испускании энергии при переходах ядра между различными спиновыми уровнями (зеемановские уровни). Атомное ядро можно представить в виде сплошного шара, содержащего электрически заряженные частицы, которые совершают орбитальное движение. Вращение заряженных частиц индуцирует магнитный момент ядра, и ядро в результате может взаимодействовать с внешним магнитным полем. Если вещество, содержащее атомное ядро с магнитным моментом х и ядерным спином /, поместить в однородное магнитное поле Я, то оно займет один из (2/ -Ь 1) зеемановских уровней. Различия локальных магнитных полей, магнитных моментов и ядерных спинов влияют на положение этих уровней и, следовательно, на спектр ЯМР. [c.456]

Таким образом, полимер можно рассматривать как некоторое сочетание двух систем решетки и системы спинов. Эти системы слабо взаимодействуют между собой, так как магнитные диполи ( магнитные моменты ядер) обычно значительно сильнее взаимодействуют с внешним магнитным полем, созданным магнитом при проведении эксперимента по ЯМР, чем между собой (Яо>Ялок). Поляризация магнитных моментов ядер при приложенном внешнем магнитном поле оказывает решающее воздействие на ориентацию спинов в полимерной среде, и тепловое движение атомов лишь слабо влияет на порядок в расположении спинов. Если приложить магнитное ноле к полимерной среде, обладающей ядерными магнитными моментами, а затем убрать его, то начнется спад магнитной поляризации ядер, обусловленный их тепловым движением. Явление спин-решеточ-ной релаксации и иредставляет собой спонтанный спад магнитной поляризации в отсутствие внешнего поля, обусловленный тепловым движением атомов. [c.212]

В дополнение к массе и заряду у электрона есть также другие свойства, приписываемыг спину электрона. Электрон имеет момент количества движения, равный )/ЗА/4 и обусловленный наличие спина. Этот момент количества дв 1жения может быть ориентирован под действием внешнего магнитного поля или по направлению гюля, или против него, и в зависимости от этого считается, что электрон обладает положительным или отрицательным спином, причем квантовое число спина равно взаимодействие с внешним магнитным полем указывает на наличие у электрона магнитного дипольного момента. [c.73]

Для атома с одним электроном сверх заполненной орбитали (например, N8), как и для водородоподобного атома, 5=1/2 и для J возможно всего два значения 2 = Ь 4 и J2 = — 1/3. При этом терм с данным Ь расщепляется вследствие спин-орбитального взаимодействия на два компонента (дублетный терм ) с J — Jl и J = J2 Разность энергий между ними равна той энергии, которую надо затратить для поворота спина в поле орбитального момента из одной ориентации в другую. Во внешнем магнитном поле (слабом) осуществляется пространственное квантование вектора У он ориентируется в поле 2У I способом. Вследствие взаимодействия с полем терм с данным значением в магнитном поле расщепляется на 2У -Ь 1 подуровней. В отсутствие поля все подуровни сливаются в один, т. е. у терма с данным / существуют 2/ - - 1 состояния с разной энергией. Число 2У -Ь 1 называют статистическим весом терма. Оно используется при вычислении электронной составляющей термодинамических функций атомарных газов и интерпретации атомных спектров. Для термов [c.40]

Нели увеличить разрешающую способность прибора, растянуть диапазон иаиряжеииости, более топко изменять напряжеппость поля, то пики расщепляются, проявляется тонкая структура спектров. Это дает ценную информацию о строении углеводородов. Одной из причин расщепления пиков является спин-спииовое взаимодействие протонов. При наложении внешнего магнитного поля в половине олекул протоны Яз будут иметь спины, направленные по полю. При этом увеличивается эффективное поле, действующее на протоны Яз этих же молекул, и протоны Нг будут резониро- [c.41]

По классическим представлениям взаимодействие внешнего магнитного поля со спиновым магнитным моментом электрона приводит к прецессии последнего вокруг направления внешнего магнитного поля. Через спин-орбитальное взаимодействие прецесси-рующий спиновый магнитный момент увлекает за собой орбитальный магнитный момент, индуцируя орбитальное движение в плоскости, перпендикулярной внешнему полю. Орбитальное движение вносит свой вклад в суммарный магнитный момент электрона, приводя к отклонению величины g от gs При этом -фактор описывается следующим выражением [c.226]

Спи и- спиновая релаксация — это процесс, прн котором происходит переход спина с верхнего уровня на нижний, а выделяющаяся при этом энергия безызлучательно передается какому-либо другому спину, находящемуся на нижнем уровне. Спин, получивший энергию, переходит на верхний уровень. Вследствие этого процесса происходит перераспределение энергии по всей спиновой системе. В основе спин-спинового взаимодействия лежит тот факт, что в любой реальной системе парамагнитная частица находится не только во внешнем магнитном поле, но также подвергается воздействию локальных магнитных полей, создаваемых соседними парамагнитными центрами. Спин-спиновая релаксация характеризуется, аналогично спин-решеточной релаксации, временем спин-спиновой релаксации T a T a — среднее время жизни спина на верхнем уровне, обусловленное спин-спиновой релаксацией. Аналогичным образом может быть определено и — как среднее время жизни спина на верхнем уровне, обусловленное спин-решеточной релаксацией, [c.234]

СТС от одного парамагнитного ядра. Рассмотрим атом, в котором неспаренный электрон взаимодействует с одним протоном (спин протона / = 7г)- Во внешнем малнитном поле Н, так же как и для электрона, будут реализовываться две ориентации магнитного момента протона — по полю (т/=-Ь /2) и против поля (ш/ =—7г). Магнитный момент протона создает в месте нахождения электрона дополнительное магнитное поле АЯ/. Поэтому при напряженности внешнего магнитного поля Яо неспаренные электроны части атомов,, [c.238]

Влияние природы растворителя на спектр ЭПР может быть объяснено механизмом [136], учитывающим возникновение слабых обменных взаимодействий при столкновении молекул в растворе. При сближении двух парамагнитных частиц обменное взаимодействие между ними может вызвать нарушение фазы ларморовых вращений спинов вокруг внешнего магнитного поля. В работах [ 137 -139] показано, что в полярных растворителях ширина сверхтонких компонент меньше, а константа сверхтонкого расщепления больше, по сравнению со значениями констант в неполярных растворителях. Этот эффект приписан возникновению комплексов радикал — растворитель. Образование комплексов свободный радикал — растворитель может быть обусловлено различными причинами, в частности водородной связью [ 138]. В ряде случаев возможно также образование молекулярных комплексов с растворителем, акцепторами, ионами металлов. Последние нередко приводят к стабилизации ион-радикалов [140, 141]. Авторы [141] считают, что молекулы растворителя локализуются на полярных заместителях или гетероатомах. [c.120]

Отклонение -фактора Ag от чисто спинового значения, обусловленное спин-орбитальной связью, может быть как отрицательным, так и положительным. Оно тем больше по абсолютной величине, чем сильнее спин-орбитальное взаимодействие возрастает, например, с увеличением порядкового номера элемента, и чем меньше АЕ уровней, между которыми происходит переход. Приложенное внешнее магнитное поле Ввнеш индуцирует дополнительный орбитальный момент количества движения, а орбитальное движение [c.57]

Спины электронов, находящихся на одной атомной или молекулярной орбитали, суммируются и взаимно компенсируются. Поэтому валентно-насыщенные частицы не обладают магнитным моментом, обусловленным спином электронов. Тем не менее они взаимодействуют с магнитным полем, хотя н существенно слабее, чем парамагнитные частицы. Это взаимодействие обусловлено действием внешнего магнитного поля на электронные оболочки, т. е. на движущиеся электрические заряды. В результате действия магнитного поля движение электронов искажается, возникает некоторая намагниченность, пропорциональная напряженности приложенного поля и направленная навстречу полю. Тем самым внеп нее поле как бы ослабляется. В частности, это приводит к некоторому выталкиванию вещества из магнитного поля, т. е. этим эффектом обусловлен диамагнетизм веществ, построенных из валентно-насыщенных частиц. Естественно, что диамагнетизм присущ и парамагнит- [c.100]

Расстояние между пиками мультиплета, образовавшегося в результате спин-спинового взаимодействия, не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Б отличие от рассмотренного выше примера с монокристаллом Н—О, когда величина расщепления зависела от ориентации молекул во внешнем магнитном поле, величина спин-спинового расщепления для жидкостей и газов является постоянной. Ее называют константой спин-спинового взаимодействия (КССВ) и обычно обозначают буквой J. Численную величину J всегда выражают [c.79]

В результате спин-орбитального взаимодействия терм с данным Ьк с данным 5 является мультиплетным, т. е. разделяется на 254-1 близлежащих уровней, называемых компонентами мультиплета и отличающихся значением квантового числа /. Число 25-1-1 называют мультиплетностью терма. Терм называется синглетным, дублетным, триплет-ным, квартетным, квинтетным и т. д. при мультиплетности, равной соответственно 1, 2, 3, 4, 5 и т. д. Во внешнем магнитном поле наблюдается пространственное квантование вектора 7, его проекция на направление поля равна [c.53]