Атомное электрический квадрупольный

Физика и механика полимеров широко использует идеи и методы физики твердого тела, физики жидкого состояния, термодинамики и статистической физики. Так, например, и физику твердого тела, и физику полимеров интересует связь между физическими свойствами и строением веществ. Любые твердые тела, в том числе и полимеры, представляют собой сложные системы, из которых можно выделить ряд важнейших подсистем (решетка, атомы с соответствующими электрическими квадрупольными и магнитными моментами ядер, электроны и ядра с соответствующими спинами, фононы, атомные группы, сегменты, макромолекулы и др.). Хотя указанные подсистемы связаны между собой, различные силовые поля (механические, электрические и магнитные) воздействуют на них не одинаково. Этим определяется эффективность изучения взаимосвязи строения и физических свойств различных твердых тел методами электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонансов (ЭПР и ЯМР), диэлектрическими и ультразвуковыми методами. [c.9]

Если атомное ядро имеет несферическую форму, то оно обладает электрическим квадрупольным моментом, значение которого показывает, насколько велика несферичность. Теория свидетельствует [c.229]

Можно показать в общем виде, исходя из квантово-механического рассмотрения симметрии, что ядра со спином / > /г, как правило, не обладают точно сферическим распределением заряда [89]. У всех ядер спиновая ось является осью симметрии и распределение заряда представляет эллипсоид вращения, который может быть вытянутым или сплюснутым. Это отклонение от сферической симметрии, которое характерно для ядер с / > >/2, количественно выражается электрическим квадрупольным моментом ядер. Квадрупольный момент является тензором, но его можно охарактеризовать единичной скалярной величиной Q, называемой электрическим квадрупольным моментом. Важность ядерного квадрупольного момента в явлении магнитного резо нанса связана с тем, что он в заметной степени взаимодействует с неоднородным атомным электрическим полем и это взаимодействие обычно приводит к резким изменениям спектра ЯМР особенно в твердых веществах. [c.35]

Разделенные изотопы также находят применение в спектроскопии и в физике твердого тела [1169]. Разницы в массах изотопов вызывают колебательные и вращательные изотопные эффекты в молекулярных спектрах. Разнообразные интересные спектроскопические эффекты вызваны разницей в значениях ядерного спина, магнитного момента и электрического квадрупольного момента для различных изотопов. Изучение этих эффектов очень трудно и иногда невозможно без наличия образцов, сильно обогащенных определенным изотопом. Исследование изотопных сдвигов в оптических спектрах атомов [670, 1170, 1847] дает возможность получить информацию о распределении заряда в ядрах различных изотопов и, следовательно, о размере, форме и структуре ядра. Многие из объемных свойств твердых тел зависят от масс атомов, и хотя эти эффекты малы и трудноопределимы, они изучались при рассмотрении электрической проводимости, температуры плавления, удельного объема, удельной теплоемкости и термоэлектродвижущей силы [1346]. Исследование в области сверхпроводимости показало, что критическая температура обратно пропорциональна атомной массе [ИЗО]. Методом дифракции рентгеновских лучей было рассмотрено различие кристаллических решеток LiF и LiF. Оказалось, что решетка LiF меньше на коэффициент 1,0002. Образцы разделенных изотопов нашли применение в качестве источников излучения. Они могут быть использованы для получения монохроматического излучения и, таким образом, пригодны в качестве эталонов длин волн и точного измерения длины. [c.462]

Изотопные эффекты, несмотря на их малость, отчётливо проявляются и в оптических спектрах атомов и молекул. Причинами их возникновения являются, с одной стороны, влияние на волновые функции атома его массы, практически полностью обусловленной массой ядра, что приводит к смещению спектральных линий при изменении числа нейтронов в ядре изотопа (возникновению так называемого изотопического сдвига), а с другой — взаимодействие атомных электронов с магнитным дипольным и электрическим квадрупольным моментами ядра, определяющее характер сверхтонкого рас- [c.29]

Тщательное изучение сверхтонкой структуры атомных спектров привело к открытию электрического квадрупольного момента ядер. Это свойство обусловлено небольшими отклонениями ядра от шарообразной формы. Если считать, что ядро имеет форму эллипсоида вращения, то квадрупольный момент определяется [c.18]

Метод ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) дает возможность измерять неоднородность внутренних электрических полей в молекулах в месте нахождения атомных ядер, если последние обладают электрическим квадрупольным моментом. Энергия взаимодействия между ядерными квадрупольными моментами и градиентами внутримолекулярных электрических полей соответствует частотам, относящимся к области радиоволн. Переходы между энергетическими уровнями можно регистрировать с помощью несколько видоизмененной аппаратуры, применяемой в методе ядерного магнитного резонанса (ЯМР). [c.201]

Часто возникает уширение резонансных сигналов протонов, связанных с атомными ядрами, имеющими электрический квадруполь-ный момент. Величина электрического квадрупольного момента служит мерой несферичности распределения электрического заряда в ядре. Электрический квадрупольный момент имеют лишь ядра со спиновым числом >7г- Наиболее распространенным примером ядер этого типа могут служить ядра азота (7 = 1). В молекулах часто существуют очень неоднородные локальные электрические поля. Тепловое движение таких молекул вызывает эффективное взаимодействие ядерного квадруполя с хаотически меняющимися во времени электростатическими полями ядро быстро отдает спиновую энергию решетке. Поэтому ядра, обладающие квадрупольными моментами, обычно имеют малые времена спин-решеточной релаксации, а ЯМР-сигналы протонов, связанных с этими ядрами, соответственно уширены. [c.73]

Разность энергий между различными уровнями и, следовательно, частота перехода зависят как от градиента поля создаваемого валентными электронами, так и от квадрупольного момента ядра. Квадрупольный момент eQ является мерой отклонения распределения электрического заряда ядра от сферически симметричного. Для данного изотопа величина eQ постоянна, и для многих изотопов она может быть получена из различных источников [5, 6]. Величина еЦ может быть измерена в экспериментах с атомными пучками. Размерностью eQ является заряд, умноженный на квадрат расстояния, но чаще квадрупольный момент выражают через О в см . Например, квадрупольный момент Q ядра - С с ядерным спином 1 = 3/2 составляет —0,0810 см отрицательный знак указывает на то, что распределение заряда сжато относительно оси спина (см. рис. 7.1). [c.266]

Наряду с энергией связи и стабильностью ядер больщое значение в химических процессах имеют также магнитный и электрический моменты ядра. Спин ядра складывается из спинов нуклонов С/2Й) таким образом, что составляет четное или нечетное число, кратное исходному спину /гй. Поэтому спин ядра может для разных элементов меняться от О до 4,5. Он проявляется в сверхтонкой структуре атомных спектров и является основой метода ядерного магнитного резонанса. Так называемый квадрупольный момент ядра Q отражает асимметрию распределения заряда в ядре. Он особенно важен при взаимодействии между неполярными молекулами (например, молекулами СОг в газовой фазе). Q дает также информацию об отклонении ядра от сферической формы. [c.35]

Для полярных молекул вычисление дополнительного вклада электрической энергии в виде суммы парных взаимодействий зарядов на атомных ионах является наиболее простым и естественным приближением в рамках метода атом-атомных потенциалов. Однако заряды на атомах молекулы зависят от атомного окружения и типа связей в молекуле, в состав которой входит данный атом. Поэтому выбрать значения зарядов для каждого атома данной молекулы затруднительно. Здесь необходимо привлечение квантово-химических расчетов. Эти расчеты должны дать такие значения зарядов на атомах, которые бы воспроизводили определенные экспериментально электрические дипольные и квадрупольные моменты молекул. [c.217]

Ядерный квадрупольный момент. Разнообразные переходы между энергетическими уровнями, связанные с вращательным движением молекул, проявляются в далекой инфракрасной области (в интервале длин волн 30 нм — 1 мм), при этом у соединений некоторых элементов в далеких инфракрасных спектрах поглощения наблюдаются группы линий с очень небольшим расщеплением (тонкая структура). У нуклидов с ядерным спином, равным 1 и более, из-за деформации ядра электрические заряды распределяются неравномерно — образуется электрический квадруполь. Атомные ядра принимают форму, приближающуюся к эллипсоиду вращения, обозначаемому знаком плюс, если на большой оси расположен положительный заряд, а на малой — отрицательный, и знаком минус, если на большой оси заряд отрицательный, а на малой — положительный. Величина -этих зарядов выражается через электрический заряд электрона и площадь поверхности ядра и составляет в этих единицах 10-26—10-2 e/ м . Вблизи от значений магических чисел нейтронов и протонов эта величина крайне мала, по мере отдаления от них она возрастает по модулю, оставаясь положительной до достижения магического числа и отрицательной — лосле него. [c.52]

Эллипсоидальное распределение заряда в некоторых ядрах можно описать, представив его в виде суперпозиции монополя и отрицательного или положительного квадруполя. Соответствующие разложения для случаев вытянутого (а) и сплющенного (б) эллипсоидов показаны на рис. 13.10. Квадрупольный момент является мерой эллипсоидальной деформации ядра. Энергия квадруполя, помещенного в асимметричное электрическое поле, зависит от их взаимной ориентации. Наибольшее значение имеет взаимная ориентация ядерного квадруполя и электрического поля, образуемого электроном на атомной р-ор-битали. Два предельных случая при такой ориентации изображены на рис. 13.11. Предположим, что исследуемое ядро имеет спин /А тогда ядро способно ориентироваться по отношению [c.353]

Если атомные ядра обладают спином I > 1/2, то распределение положительного заряда в ядре не является сферическим и ядро имеет квадрупольный момент. Примером служат ядра N1 для которых / = 1. В однородном электрическом поле такое ядро не будет стремиться к определенной ориентации, а в неоднородном поле наблюдается другая картина, так как энергия ядра теперь определяется ориентацией квадруполя по отношению к электрическому полю. Возможные ориентации квантованы и в обш,ем случае будут соответствовать различным энергетическим состояниям. Переходы между этими состояниями дают чистый квадрупольный резонансный спектр в диапазоне радиочастот. Энергия взаимодействия ядерного квадруполя с окружающим полем пропорциональна eQq (где е — заряд протона Q — ядерный квадрупольный момент и q — градиент [c.579]

Помимо магнитного момента атомные ядра обладают ещё и заметными электрическими моментами, зависящими от распределения заряда в ядре. Дипольные электрические моменты у ядер отсутствуют, однако из-за нарушения сферической симметрии распределения зарядов у многих ядер возникает квадрупольный момент Q. Особенно он велик у тяжёлых ядер, имеющих сильно вытянутую форму. Вместе с тем ядра с Z = N = А/2 (стабильные [c.23]

Из общих теоретических соображений следует, что электрическим ядерным квадрупольным моментом Q могут обладать лишь ядра, с />1 (см. приложение I). Квадрупольные моменты ядер, характеризующие отклонения формы распределения заряда от сферической, не очень велики все известные значения Q для атомных ядер лежат в пределах — 2 барн <(2 <10 барн (1 барн — = 10-24 см ). [c.10]

Для молекул с малыми jxo существенную роль играет отклонение молекул из-за индуцированного дипольного момента за счет электронной и атомной поляризации. Дипольный момент ориентирован в основном вдоль поля. Использование двух последовательных квадрупольных линз, в которых электрическое поле имеет радиальную симметрию, т. е. определяется только расстоянием от оси квадруполя, позволило так формировать пучки, что неполярные и полярные молекулы той же ориентации, что и индуцированный момент, не попадают в детектор, расположенный на оси квадруполя, т. е. дефокусируются, а полярные молекулы с противоположной ориентацией, наоборот, фокусируются на детектор. [c.76]

Известно, что в неоднородном электрическом поле происходит расщепление энергетических уровней атомных ядер, обладающих квадрупольным моментом (/ > 1). Величина расщепления, зависящая от градиента электрического поля, определяемого его неоднородностью, может быть установлена с помощью спектроскопии ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР). [c.130]

Параметры, получаемые из мессбауэровского спектра (главным образом изомерный сдвиг 8, пропорциональный электронной плотности в точке атомного ядра, и квадрупольное расщепление АЕ, зависящее от симметрии электрического поля вокруг ядра), дают ценную информацию об электронной конфигурации атомов исследуемого соединения и об изменениях этой конфигурации вследствие различных химических эффектов. [c.135]

Наряду с энергией связи и стабильностью химически важными свойствами ядра служат магнитный и электрический моменты. Спин ядра состоит из спинов нуклонов (1/2 л), поэтому он всегда равен четному или нечетному кратному ОТ 1/2 п- Спины всех ядер ] имеют значение в основном ОТ О до 4,5 спин проявляется, например, в сверхтонкой структуре атомных спектров и играет огромную роль в спектроскопии ядерного резонанса. Так называемый квадрупольный момент ядер О характеризует асимметрию в распределении заряда и определяет межмоле-кулярные силы, действующие между неполярными молекулами (например, в газообразном СОд). Значение О позволяет оценить степень отклонения формы ядра от шарообразной. [c.41]

Рассмотрим с этой точки зрения электростатический потенциал вблизи атомного ядра. В этом случае полный результирующий заряд 2 равен просто атомному номеру (если заряд выражен в атомных единицах). Можно показать, что атомное ядро в стационарном состоянии не может обладать постоянным электрическим дипольным моментом (см. [54]), так что второй член в (Г-3) должен обращаться в нуль для всех устойчивых ядер. С другой стороны, если спиновое квантовое число ядра имеет значение / 1, ядро может обладать квадрупольным моментом (см. [54]). [c.370]

Отрицательно заряженная элементарная частица, например 2 -гиперон, в случае каналирования будет двигаться внутри атомного слоя или в области ядерной трубки. Здесь электрические поля (и их неоднородности) существенно выше, чем в межплоскостном канале, и ощутимый поворот спина может произойти даже при достаточно малых значениях р. Например, для ядерной трубки в свинце ц>хх В/см и величина о> 10 с получается при см . Измерение поляризации Q в этих условиях может дать уникальную информацию о его квадрупольном моменте. [c.200]

Переходы высоких мультипольных порядков сравнительно часто наблюдаются в атомных ядрах и очень редко в атомах. Такая разница обусловлена характером их энергетических спектров. У атомов соседние возбужденные состояния редко отличаются значениями полного момента / больше чем на 1. В атомных же ядрах момент первого возбужденного состояния может отличаться от основного состояния на несколько единиц. Так, например, все ядра с четным числом нейтронов и четным числом протонов имеют в основном состоянии / = 0. Первое возбужденное состояние таких ядер характеризуется обычно значением I = 2. Оба состояния имеют положительную четность, поэтому электромагнитные переходы меладу ними должны соответство-. вать Е2 (электрические квадрупольные). У ряда атомных ядер, например 39, 39, 2пзо, Оз , ЫЬЦ, Те и,других, момент / первого возбужденного состояния отличается от момента / основного состояния на 4 единицы и оба состояния имеют разную четность. В этих ядрах излучение наименьшей мультипольности соответствует М4. [c.457]

Возмущающий электростатический потенциал электрического квадрупольного момента ядра нарушает сферическую симметрию замкнутых оболочек и наводит в них конечный квадрупольный момент. Взаимодействие валентного электрона с этим индуцированным квадрупольным моментом приводит к изменению константы квадрупольного взаимодействия. Такой же эффект производит валентный электрон, создавая тем самым конечный градиент поля на ядре. Эти два дополнительных непрямых взаимодействия можно учесть путем умножения e Qg . на (1 —уоо). При этом дается выражением (5-5) уоо — так называемый фактор Штернхаймера для свободного атома. Если уоо > О, то эта величина выражает экранирующий эффект внутренней оболочки электронов, если Уоо < О, то антиэкранирующий. В приложении I перечислены известные значения уоо для атомов и ионов. Учет фактора Штернхаймера особенно важен для ионных кристаллов, в которых градиент электрического поля вызывается, в основном, зарядами соседних ионов, так как для р-электронов и зарядов, внешних по отношению к атому, фактор Штернхаймера различен. В молекулярных кристаллах с ковалентными связями влияние 7 0 на градиент электрического поля в месте атомного ядра в молекуле (создаваемого в основном р-электронами) и в свободном атоме предполагается одним и тем же [2]. Поскольку можно определять из данных спектроскопии атомных пучков и оптических спектров, то особой поправки на (1 — уоо) при вычислениях и теоретических оценках в этих случаях не требуется. [c.70]

При обсуждении рис. 11.7 было отмечено, что расчет АГп ,с,1 для адсорбции циклопропана на основе исправленного с использованием экспериментальных данных по адсорбции этана потенциала Фс( р=) г дал резко заниженные результаты. По-видимому, это объясняется тем, что из-за очень сильного напряжения цикла электронная конфигурация атомов углерода в молекуле циклопропана близка к Действительно, даже для адсорбции циклопропана на ГТС расчет К с помощью атом-атомного потенциала Тс<1рп - С(гтс> дал немного заниженные результаты (см. рис. 9.5), в то время как расчет с помощью потенциала -. ссгтс) дал значения /(ьпрактически совпадающие с газохроматографическими измерениями. При такой конфигурации атомов углерода и связей в цикле молекула циклопропана должна обладать постоянными электрическими моментами. Если эти моменты аппроксимировать суммарным точечным квадрупольным моментом, локализованным в центре- цикло-пропанового кольца, то для Ф можно воспользоваться уравнением [c.220]

Разность энергий между различными уровнями и, следова тельно, частота перехода зависят как от градиента электрического поля, так и от квадрупольного момента ядра. Для данного изотопа величина еО постоянная. Эта величина может быть измерена в экспериментах с атомными пучками. Размерностью eQ является заряд, умноженный на квадрат расстояния, но обычно квад-рунольнын момент выражают через Q в см . [c.330]

Исследование природы химической связи. Возможность применения ЯКР для исследования характера связи можно проиллюстрировать на простом примере. Заполненная электронная оболочка иона С1 сферически симметрична, градиент электрического поля у ядра равен нулю. Поэтому следует ожидать, что в чисто ионных хлоридах ядерный квадрупольный резонанс пе будет наблюдаться. В свободном атоме хлора электронное окружение несимметрично, имеется градиент электрического поля у ядра. Величина этого градиента известна из опытов с атомными пучками, из этих данных можно оценить частоту ЯКР для атома 54,87МГц. В органических соединениях частоты ЯКР С1 обычно равны 30--40 МГц, а в большинстве неорганических — порядка [c.332]

Возможность применения ядерного квадрупольного резонанса для исследования природы химической связи можно проиллюстрировать на простом примере. В случае иона СГ, замкнутая электронная оболочка которого обладает сферической симметрией, обусловленный электронами градиент электрического поля у ядра равен нулю. Поэтому следует ожидать, что в чисто ионных соединениях, где влиянием соседних ионов можно пренебречь, ядерный квадрупольный резонанс не будет наблюдаться. С другой стороны, в свободном атоме хлора наличие р-электронной дырки приводит к появлению большого градиента электрического поля у ядра. Величина этого градиента хорошо известна из опытов с атомными пучками [1], и на основании ее можно определить, что частота ЯКР для атома С1 должна быть равна 54,87 Мгц. В случае типичных органических соединений частоты ЯКР обычно составляют 30—40 Мгц, например для С НаС частота равна 34,6 Мгц. Для большинства неорганических соединений частоты ЯКР ниже, например 12,8 Мгц в случае СгС1з- Значения частот ЯКР позволяют получить некоторое представление о том, насколько ионным является то или [c.201]

Квадрупольное расщейяеяиев спектрах неорганических соединений олова можно объяснить с помощью соотношения между градиентом электрического поля и атомной волновой функцией. Невозмущенные заполненные электронные оболочки и подоболочки обладают сферической симметрией и не могут вносить вкладов в квадрупольное взаимодействие, точно так же вклад от з-электронов внешних оболочек должен быть равен нулю. Поэтому единственной причиной квадрупольного взаимодействия может служить несимметричное распределение зарядов валентных р-электронов, которое приводит к появлению большого Градиента поля в области ядра [66]. Однако если все три р-орбитали заняты электронами в одинаковой мере, то суммарное распределение зарядов также должно быть сферически симметричным. Поэтому отсутствие квадрупольного расщепления у всех галогенидов Зп , кроме фторида, подтверждает предполагаемую структуру с четырьмя эквивалентными связями, образующимися за счет зр -гибридных орбиталей. [c.266]

Ядерный квадрупольный резонанс. Метод ядерного квадрупольного резонанса позволяет определить константу ядерного квадрупольного взаимодействия, являющуюся мерой асимметрии электрического поля вблизи атомного ядра (теория метода изложена в [71—74]). При чисто ионной связи электрическое поле сферически симметрично вокруг ядра данного иона, например С1 . В этом случае считают, что у свободного иона С1 квадрупольное взаимодействие отсутствует и константа равна нулю. При малой степени ковалентности связи возникает квадрупольное взаимодействие, количественно передаваемое небольшими значениями константы. При значительном увеличении степени ковалентности возрастает асимметричность градиента электрического поля вокруг ядра агома хлора (табл. 4.8), Константа монотонно изменяется при переходе от почти ионного соединения Li I до чисто ковалентного lj и далее к соединению 1F, в котором заряд на атоме хлора становится положительным. [c.126]

Теоретическая сторона вопроса также, несомненно, имеет большое значение, в особенности, если учесть, что комплексоны относятся к мультидентатным реагентам [1], образующим прочные комплексные соединения практически со всеми катионами, и для придания им определенной селективности необходимо такое построение молекулы, при котором создается требуемый комплекс геометрических и химических параметров лиганда. Такие свойства, как пространственное расположение атомов в молекуле (конфигурация, валентные углы, длины связей), энергетические уровни молекул, магнитные и электрические свойства (дипольпые моменты атомная и электронная поляризация, константы квадрупольного взаимодействия, характеризующие распределение электронной плотности), — влияют на природу координируемых атомов, стереохимию образуемых комплексов, а значит, и па специфику их действия. [c.80]

Таким образом, мы видим, что видимый свет, генерируемый квадрупольным или магнитньш дипольным излучением атомных и молекуляных систем, обычно гораздо менее интенсивен, чем генерируемый электрическим дипольным излучением. [c.468]

Данные по квадрупольному расщеплению для неорганических соединений приведены в. табл. 5.1. Эти данные можно качественно интерпретировать, используя соотношение между градиентом электрического поля и атомными волновыми функциями, соотношения, которые впервые были предложены Таунсом и Дэйли [22]. Градиент электрического поля создается а) собственными [c.253]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология