Магнитные моменты атомов и ионов

Магнитные свойства появляются вследствие вращательного движения электронов, так как движущийся электрический заряд создает магнитное поле. При этом любая частица с неспаренным электроном (атом, ион, свободный радикал) уподобляется маленькому магниту. Движение электрона в атоме по орбите вызывает появление орбитального магнитного момента, а спин электрона создает спиновый магнитный момент. В этой сложной системе магнитных моментов суммарный магнитный момент равен нулю, магнитные свойства вещества не проявляются. Но они начинают проявляться в постоянном магнитном поле. [c.330]

В соответствии с теорией химической связи комплексы переходных металлов четвертого периода можно классифицировать преимущественно на ионный и ковалентный типы. Центральный атом (металла) в ионном комплексе имеет те же электронное строение и магнитный момент, что и свободный ион металла по правилу Хунда такому состоянию отвечает определенный максимум числа неспаренных электронов. В ковалентных комплексах электронное строение центрального атома отвечает минимуму неспаренных электронов, что достигается за счет спаривания части этих электронов под влиянием поля лигандов. [c.165]

Для выяснения физической природы явления ЭПР необходимо обратиться снова к рассмотрению влияния внешних постоянного и переменного магнитных полей на изолированный атом (ион), обладающий в свободном состоянии отличным от нуля результирующим магнитным моментом У. Каждый энергетический уровень такого атома характеризуется квантовым числом полного момента I. [c.714]

Рассмотрим прежде всего октаэдрический комплекс ванадия [ /(Н20)бР, центральный атом которого будем обозначать через У(П1) или Нейтральный атом ванадия имеет пять валентных электронов следовательно, ион имеет два. В соответствии с рис. 10.4 мы должны поместить эти два электрона на три низщих 2 -уровня. По правилам Гунда (раздел 2.8) электроны будут размещаться на различных вырожденных уровнях и иметь параллельные спины. В соответствующем комплексе хрома [Сг(НгО)бР с тремя -электронами следует ожидать, что на каждом из уровней t2g разместится по электрону и все спины будут параллельны. Поскольку каждый электрон обладает магнитным моментом, равным 7г магнетона Бора, такие два комплекса будут иметь магнитные моменты, равные соответственно 1 и 17г магнетонов Бора. Однако при переходе к комплексу с четырьмя -электронами, например к комплексу [Сг (НгО) содержащему Сг(П), становится неясным, следует ли поместить [c.303]

Если магнитный момент комплекса в основном тот же, что и у свободного иона (т. е. не происходит спаривания спинов), то связи не содерж ат З -орбит. [c.257]

В некоторых других случаях [для Сг2(П), Мо2(П), Rh2(II) Ru2(II, III)] существование связей металл — металл в карбокси-латах аналогичной структуры строго установлено, но для меди ее нет. Однако два неспаренных электрона, по одному на каждом из ионов меди (И), слабо взаимодействуют друг с другом. В результате триплетное состояние лежит всего лишь на несколька кДж-мол выше основного, и заселенность этого триплетного состояния при комнатной температуре уже заметна. Поэтому соединение парамагнитно, при 25 С лэфф обычно составляет 1,4 магнетона Бора на один атом меди, и зависимость магнитного момента от температуры выражена очень отчетливо. Взаимодействие осуществляется либо непосредственно за счет х2 г/2-орбиталей двух атомов, либо за счет передачи через д-орбитали мостиковых групп,, либо, наконец, по обоим этим механизмам. [c.489]

Таким образом, всякий атом, ион или молекула, содержащие один неспаренный электрон (например, Н, Си +, СЮз), за счет спина электрона будут иметь магнитный момент, равный 1,73 [Хв. Как будет видно в дальнейшем, эта величина может увеличиться или уменьшиться за счет орбитальной составляющей. [c.20]

Кроме снижения магнитного момента, приходящегося на атом железа, по сравнению с его чисто спиновым значением, антиферромагнитное взаимодействие изменяет температурную зависимость намагниченности. При любой температуре имеет место конкуренция между упорядочивающим влиянием магнитных взаимодействий и тепловым движением. Магнитная восприимчивость достигает максимума в точке Нееля Tn. Магнитная восприимчивость возрастает при понижении температуры до Tn, но график зависимости от Т не является линейным. Пониженные за счет антиферромагнетизма магнитные моменты характерным образом снижаются при уменьшении температуры. Именно вид этой зависимости является наиболее надежным критерием при идентификации многоядерных агрегатов Fe(HI) умеренных размеров [скажем, менее 100 ионов железа(1П), взаимодействующих между собой]. [c.339]

Температурная зависимость магнитной восприимчивости типа зависимости Кюри — Вейсса не наблюдается ни для одного актинидного металла легче Ат. В последнем случае наблюдаемый момент близок к моменту трехвалентного иона [26]. [c.120]

Различия в магнитных свойствах веществ связаны с электронным строением их составных частей — ато MOB, ионов или молекул. Если в частице все электроны спарены, то их магнитные моменты взаимно компенсируются и суммарный магнитный момент частицы равен нулю такая частица диамагнитна. Парамагнетизм проявляется частицей при наличии в ней одного или нескольких неспаренных электронов. Суммарный магнитный момент такой частицы не равен нулю с увеличением числа неспаренных электронов он возрастает. [c.207]

Применение метода валентных связей к комплексным соединениям принадлежит Полингу . Он рассматривал электронную структур) основного состояния центрального иона металла и, как мы увидим ниже, занимался главным образом изучением геометрической формы и магнитными моментами комплексов. Орбитали комплексов обозначались только через орбитали центрального атома. Полинг разработал очень простой и удобный способ изображения связи, который предусматривает следующие допущения 1 Центральный атом металла должен иметь для образования [c.249]

Парамагнитная восприимчивость. Всякий атом или ион, имеющий нечетное число электронов, обладает постоянным магнитным моментом и опреде- [c.155]

Если внести испытуемый образец вещества, атомы, ионы или молекулы которого обладают постоянным магнитным моментом (см. разд. 5.4), в однородное магнитное поле, то образец ориентируется параллельно магнитному полю. Такие вещества называют парамагнитными. Мы уже показали ранее (разд. 5.4), что атом с орбитальным вращательным импульсом M и спиновым вращательным импульсом обладает орбитальным моментом. [c.153]

Парамагнитная восприимчивость. Всякий атом или ион, имеющий нечётное число электронов, обладает постоянным магнитным моментом и определённым образом ориентируется во внешнем магнитном поле. Такие атомы и ионы называются парамагнитными. [c.157]

Нас интересует деформация иона в электрическом поле, образуемом соседним ионом. Деформируемость какого-либо тела в электрическом поле обычно называют его поляризуемостью и это свойство может Сыть определено количественно. Мы начнем с рассмотрения нейтрального атома, состоящего из равных по величине и противоположных по знаку электрических зарядов, электрические центры тяжести которых совпадают. Если поместить такой атом в электрическом поле, то в нем происходит смещение электрических зарядов, приводящее к разделению центров положительного и отрицательного зарядов и вызывающее образование электрического диполя. Момент такого диполя определяется подобно тому, как в 6.2 определяется магнитный момент. Если отрицательный заряд помещается на расстоянии о от равного положительного заряда, дипольный момент этой пары равен ео. В случае атома величину о можно рассматривать как смещение центра тяжести отрицательного заряда относительно положительного заряда ядра тогда момент равен Еео, где г — атомный номер элемента, а е — заряд электрона. Поскольку рассматривается диполь, это эквивалентно смещению одного электрона на расстояние 25. Если мы имеем дело не с атомом, а с ионом, то положение заметным образом не изменяется смещение заряда просто налагается на полный заряд. [c.174]

Имеется значительное число экспериментальных работ по магнитной восприимчивости соединений металлов переходной груп-пы . Обычно в этих соединениях магнитный момент имеет только переходный металл, и поэтому подобные измерения дают магнитные моменты ионов этих металлов. Для соединений, в которых такой металл связан ковалентно, измерения дают моменты ионов или групп, содержащих атом переходного металла. Измерения проводились как для простых, так и для комплексных соединений и водных растворов. Некоторые из результатов, полученных для простых соединений, приведены ниже. [c.282]

Следует отметить, что изложенная нами теория относилась к атому или иону, обладающему лишь одним электроном, обращающимся вокруг ядра. Атомы же серебра и другие атомы, исследованные Штерном и Герлахом, представляют собою сложные системы, в которых вокруг ядра обращается много электронов. Тем не менее дальнейшее развитие теории показало, что соответствие с опытом не может быть получено на основании предположения, что магнитный момент атома определяется лишь орбитальным движением его электронов. Приходится допустить, что каждый электрон обладает своим собственным магнитным моментом (см. 9). [c.38]

Итак, зная магнитную восприимчивость веществ, можно вычислить магнитный момент атомов и ионов, входящих в его состав. Зная магнитный момент атома (иона), можно установить, сколько электронов на нем локализовано и какие это электроны. Сопоставив результат с электронной конфигурацией исходного атома, можно узнать, сколько электронов делокали-зовано, т. е. использовано для образования химической связи. Значит, можно определить валентность, которую проявляет этот атом в данном соединении. А именно это нам и нужно [c.38]

Ферромагнетиками называются вещества, которые имеют спонтанный магнитный момент даже в отсутствие магнитного поля. Это означает, что в таких веществах элементарные магнитные моменты отдельных ионов ориентированы параллельно друг другу. Для того, чтобы в кристалле, содержащем атомы или ионы с отличным от нуля спиновым моментом, возникла спонтанная намагниченность, должны существовать достаточно сильные взаимодействия между этими моментами, способствующие их магнитному упорядочению. Существует два основных типа таких взаимодействий классическое диполъ-диполъное взаимодействие между двумя магнитными моментами и обменное взаимодействие. Ди-поль-дипольное взаимодействие обусловлено магнитными полями, которые создаются магнитными моментами атомов, окружающими данный атом. Это взаимодействие всегда существует в веществах, содержащих атомы или ионы с отличными от нуля магнитными моментами, независимо от того, спиновые это моменты или орбитальные. [c.283]

Если поместить образец вещества, атомы, ионы или молекулы которого обладают магнитным моментом (разд. 5.4), в маглитное поле, и образец намагнитится по полю, то такое вещество называют парамагнитным. Ранее уже указывалось на то, что атом имеет механический орбитальный вращательные момент Мг, спиновый вращательный момент Ms, а следовательно, и орбитальный магнитный момент [c.125]

Фогтом [42] рассматриваются магнетизм и химическая связь в интерметаллических фазах, обусловленная электронами, которые принадлежат многим-атомам. Эти связывающие электроны, как и электроны, обусловливающие проводимость, принадлежат всему количеству атомов в металле, а не определенной-паре находящихся по соседству атомов, как при гомеополярной валентной связи. С точки зрения этой концепции химическую связь можно оценивать числом валентных электронов, приходящихся на I атом. В то время как ряд реакций вызывается ионными реагентами (катализаторами) и поэтому их можно приписать ионизации ковалентных связей, имеется другая группа реагентов с нечетным числом валентных электронов. Квантованная энергия спина нечетного электрона сообщает атому определенный магнитный момент, который можно измерять методом Герла а и Стерна [10] он определен для водородного атома, окиси азота и азота [14]. Льюис [24] установил, что все соединения, молекулы которых содержат непарное число электронов, должны быть парамагнитны. Напротив, атомы или молекулы, содержащие четное число электронов, обычно не имеют магнитного момента, так как их электроны объединены в группы, содержащие равные количества электронов со спинами противоположных знаков. [c.569]

Полный магнитный момент электронной системы складывается из орбитального магнитного момента, обусловленного орбитальным движением электронов, приводящим к возникновению слабых электрических токов, и собственно магнитного момента электронов, связанного с их спинами. Отнощение полного механического к полному магнитному моменту равно величине, называемой фактором расщепления Ланде g. Эта величина может быть определена спектроскопическими методами. Если -элек-трон проводит лищь часть своего времени на центральном атоме, то его вклад в орбитальный момент будет соответственно меньщим. При этом изменится величина g. Путем измерения g можно получить сведения о распределении магнитных электронов. Так, в случае комплексного иона [Ir le] , центральный атом которого обладает низкоспиновой конфигурацией я-электроны лигандов — ионов хлора — будут частично переходить па iie-заполненное место в слое. По-видимому, эта дырка при-близительно на 68% находится на атоме 1г и на 32% — на атоме С1 [365]. [c.314]

Несмотря на казалось бы убедительные приведенные выше данные по самодиффузии воды в растворах электролитов, вряд ли можно однозначно говорить о разрыхляющей или связывающей способности именно данного иона, а не всей соли. В этом смысле очень характерны эксперименты по исследованию диа- и парамагнетизма отдельных солей в кристаллическом состоянии и в растворе. Заметим, что диамагнетизм является неотъемлемым свойством любых атомов (а, стало быть, и молекул) и основан на теореме Лармора. Теорема Лармора утверждает, что в присутствии магнитного поля Н угловые скорости всех электронов изменяются на одну и ту же величину. Иными словами, вся совокупность электронов прецессиру-ет как целое вокруг направления поля Н с постоянной угловой скоростью UU = еН/2тс. И в присутствии поля атом приобретает магнитный момент [c.151]

Условие антипараллельности спинов электронов, участвующих в создании связи, кажется весьма естественным, но ничего не говорит о природе тех сил, которые в действительности обеспечивают взаимодействие обоих связующих электронов. Ситуация еще более осложнилась, когда в разрядных трубках удалось зафиксировать кратковременное существование малоустойчивых образований с формулами Н , Не , ННе . Связь в подобных молекулярных ионах обеспечивается одним электроном его спин, остающийся некомпенсированным, нельзя уже считать ответственным за образование связи. В рамках старо11 квантовой теории нельзя объяснить и некоторые другие явления. Так, например, атом водорода со своим вращающимся вокруг ядра электроном должен был бы иметь форму диска и обладать магнитным моментом. В действительности же атом водорода магнитного момента пе имеет. [c.17]

При помещении атома в поле лигандов электронное состояние меняется, так что формулы (VT.4) или (VI.5) становятся более неприменимыми. Но можно было бы ожидать, что согласно теории кристаллического поля атом или ион в поле лигандов в магнитном отношении будет вести себя хотя бы приближенно аналогично свободным атомам. Опыт показывает, однако, что если магнитные моменты ионов со слабым спин-орбитальным взаимодействием и следуют приближенно значениям Цэфф, определяемым по формуле (VI. 5), то только, если принять, что L = О, т. е., если предположить, что магнитный момент этих систем определяется только спи- [c.146]

Помимо рассеяния нейтронов атомными ядрами, в тех случаях, когда образцы содержат парамагнитные атомы или ионы, может происходить дополнительное рассеяние. Такое магнитное рассеяние обусловлено взаимодействием магнитных моментов нейтронов с постоянными магнитными моментами парамагнитных атомов. Атом обладает постоянным магнитным моментом, если одна из его внутренних электронных оболочек заполнена лишь частично (разд. 12.4). Поскольку внутренние электронные оболочки имеют размеры, сравнимые с длиной волны нейтронов, магнитный фактор рассеяния в отличие от ядерного фактора рассеяния спа-дает при увеличении брэгговского угла таким же обра- [c.208]

Физика явления. Основное условие ирименения метода ЭПР — наличие в исследуемой системе несна-реиных электронов с соответствующими магнитными моментами (свободные радикалы, ионы-радикалы, парамагнитные ионы). Появление магнитных свойств обязано вращательному движению электронов. Движущийся электрич. заряд создает магнитное ноле. Поэтому любая частица, имеющая неспаренный электрон — будь то атом, ион, свободный радикал,— подобна маленькому магнитику. Движение электрона в атоме по орбите приводит к появлению орбитального магнитного момента. Вращение электрона вокруг собственной оси — спин, создает спиновый магнитный момент. В отсутствии внешнего магнитного поля все магнитные моменты частиц имеют хаотич. направление и одинаковую энергию Е ,. Поэтому в сложной системе магнитных моментов суммарный магнитный момент равен О, и магнитные микроскопич. свойства вещества не проявляются. В постоянном магнитном поле пространственная ориентация магнитных моментов не может быть произвольной. Они ориентированы таким образом, чтобы их проекции на направление цриложенного поля принимали лишь нек-рые определенные значения. [c.481]

Эффект приложения магнитного поля к атому или одноатомному иону приводит к усилению вращения электронов вокруг оси, имеющей направление поля и проходящей через ядро. Это вращение, называемое прецессией Лармора, характеризуется угловой скоростью еН12тс. Момент количества движения электрона с радиусом вращения р относительно оси вдоль направления поля и с угловой скоростью еН12тс равен еНр 12с] магнитный момент электрона связан с моментом количества движения фактором — е 2тс и, следовательно, равен —Таким образом, для мольной диамагнитной восприимчивости можно записать следующее выражение [c.811]

Атом никеля, несущий два положительных заряда и образующий четыре ковалентные dsp - вязv[, имеет лишь четыре З -орбитали, доступные для восьми неподеленных Зй-электронов, которые, таким образом, должны образовать четыре пары, причем квадратный комплекс N1X4 будет диамагнитным. Двухзарядный положительный ион никеля в комплексе, образованном только с участием 4 - и 4р-орбиталей (электростатические связи или слабые ковалентные связи), распределяет восемь Зй-электропов между пятью Зй-орбиталями таким образом, чтобы оставалось два неспаренных электрона при этом комплекс имеет магнитный момент, равный 2,83 магнетона Бора. Отсюда следует, что по данным магнитных измерений можно установить принадлежность комплексов никеля к тетраэдрическому или к плоскоквадратному классу. [c.817]

Магнитный момент иона Со + свидетельствует о наличии трех неспаренных электронов. Из данных о магнитной восприимчивости следует, что в соединении XLV имеется лишь один неспарен-ный электрон. Спектр ЭПР поликристаллических образцов XLV обусловлен наличием -электрона иона Со измерения g-фактора (g p 2,5) показали, что комплекс имеет тетраэдрическое строение. По мнению авторов работы [91], связь группы N—О радикала с ионом металла осуществляется через атом кислорода. [c.180]

Рассмотрим вкратце результаты, полученные при исследовании солей Ре + и Ре +. Соли трехвалентного железа являются простейшей моделью, поскольку электронная конфигурация Зй наружной оболочки иона железа Ре отвечает отсутствию орбитального момента (терм ь/з) (в слабом кристаллическом поле лигандов). Соли Ре — к тому же диэлектрики, т. е. в них нет электронов проводимости, а следовательно, они не дают вклада в контактное ферми-взаимодействие. Ниже температуры Нееля атомные магнитные моменты выстраиваются вследствие обменного взаимодействия, так что каждый атом имеет среднее во времени значение компоненты намагниченности вдоль оси внешнего магнитного поля Но. Как указывалось выше, вклад дипольного взаимодействия в магнитные поля по крайней мере на порядок меньше наблюдаемых величин. Следовательно, в данном случае поле на ядрах определяется почти целиком поляризацией внутренних -электронов, которая приводит к отличной от нуля величине контактного ферми-взаимодействия. Как показали исследования большого количества соединений трехвалентного железа, величина магнитного поля, приходящаяся на спин, равный единице, колеблется в пределах от 210 до 250 кэ (а сами абсолютные значения полей составляют Я ж 450 550 кэ). Меньшие величины характерны для окислов, большие — для фторидов. Для солей двухвалентного железа интервал величин полей гораздо шире — они изменяются от 220 кэ для Ре " в СоО до 330 кэ для РеРг и до 485 кэ для Ре + в Рез04. Причина такого разброса в величинах полей, по-видимому, лежит в различных вкладах орбитального момента Зй-электро-нов [17]. [c.71]

Исследования, произведенные на координационных (комплексных) соединениях, значительно продвинули наши познания о химич. связи в этих веществах. Так, напр., атом железа обнаруживает в растворах Fe l, магнитный момент, свидетельствующий о наличии у ГеЗ+ 5 неспаренных электронов. В комплексном же соединении KgfFei N) ] железо обнаруживает момент, свойственный лишь 1 неспаренному спину. Соединение K4[Fe( N)e] вовсе лишено магнитного момента, что объясняется отсутствием неспаренных электронов. Или, папр., у иона Ni + оказывается момент, свойственный двум неспаренным электронам, а в квадратных плоских комплексах типа K.,[. i( N)4] момент атома никеля равен нулю. Карбонил железа Ке(С0)5 лишен магнитного момента, что показывает, что он имеет структуру, при к-рой все 6 связей, имеющихся у атома Ге, насыщены. Магнетохимич. исследования позволили этим путем выяснить [электронное строение таких сложных веществ, как гемопротеины. [Магнитный момент молекулы гемоглобина, как оказалось, соответствует 5 неспаренным спинам, между тем как оксигемоглобин во всех случаях лишен магнитного момента. Это означает, что при окислении гемоглобина насыщаются все свободные валентности. [c.502]

Ввиду тенденции неподеленных между атомами электронов оставаться, по возможности, неспаренньши (эта тенденция, вероятно, сохраняется даже в том случае, когда атом связан в соединении), измерение магнитного момента может помочь определить число поделенных электронов. Так как при ионной связи электроны [c.278]

Приведены теоретически рассчитанные значения Цси, суммы Цсп+М орб и интервалы экспериментальных значений магнитных моментов ( Хэксп) для молекул, радикалов и ионов, содержащих атом -элемента значения Лэксп в скобках относятся к элементам 5 и 6 периодов, если они отличаются от значений Хэксп для элементов 4 периода вследствие антиферромагнитного спин-спинового взаимодействия соседних атомов в кристаллической решетке. [c.146]

Объяснение. Идентификация магнитных промежуточных продуктов, образующихся при передаче одного электрона в окислительно-восстановительных реакциях, имеет большое значение. Электронно-спиновая резонансная спектрометрия не только позволяет провести такую идентификацию, но также дает возможность отличить первичные свободные радикалы от продуктов их полимеризации. Простым примером тaкJЭГ0 свободного промежуточного радикала является ион полубензохннона, образующийся в окислительно-восстановительной системе р-бензохинона. Спектр р-полубензохинона показан выше. Пять линий этого спектра являются следствием изотропного магнитного взаимодействия нечетного электрона кольца с ядерными моментами атомов водорода. Этот электрон чувствует относительную ориентацию, ядерного момента каждого атома водорода, и поскольку каждый атом имеет почти равную возможность расположить ось своего момента по направлению действия поля или навстречу ему, то возникающий спектр состоит из пяти линий. Относительные интенсивности этих линий подчиняются закону биномиальных коэффициентов. Расстояние между линиями является ме-ро( [ величины -состояния волновой функции нечетного электрона в водороде и одновременно мерой я-электронной плотности в соседних атомах углерода кольца. [c.247]