Спин протона

Спины протонов в молекуле пара-водорода антипараллельны в молекуле орто-водорода они параллельны. [c.223]

Ядерный магнетизм обусловлен следующими свойствами ядер атомов результирующим спином, который определяется спинами протонов и нейтронов, входящих в состав ядра, и распределением положительного заряда по ядру. [c.213]

Если спины протонов и нейтронов ядра спарены, то результирующий спин отсутствует и квантовое число ядерного спина 7 = 0 (рис. 8.20, а). При этом распределение положительного заряда в ядре сферическое и его так называемый квадрупольный момент eQ = 0 (здесь е — элементарный заряд, равный 1,602-10 Кл, Q—мера отклонения распределения заряда от сферической симметрии). [c.213]

Если спины протонов и нейтронов скомпенсированы не полностью, так, что 1=42, то ядро сохраняет сферическое распределение зарядов, т. е. Q=0 (рис. 8.20, б). Наличие неспаренного спина У = >/2 обусловливает появление ядерного магнитного момента М, который связан с моментом количества движения Р соотношением [c.213]

Кроме внешнего поля и внутренних магнитных полей движущихся электронов ядра находятся в магнитных полях соседних ядер. Прямое действие магнитных полей ядер друг на друга очень мало, так как оно быстро затухает с расстоянием. Но электроны, осуществляющие химическую связь (напомним, что они имеют собственный магнитный момент), ориентируясь в поле одного ядра, воздействуют затем на другое, осуществляя, таким образом, спин-спиновое взаимодействие ядер. Величина этого взаимодействия — так называемая константа спин-спинового взаимодействия J измеряется в герцах. Взаимодействуют обычно только атомы соседних групп, расщепляя соответствующие сигналы в сложные мультиплеты. Так протоны групп, находящиеся рядом с группой, имеющей одиночный атом водорода, расщепляются в дублет с соотношением интенсивностей 1 1, потому что спин протона может иметь только две ориентировки во внешнем поле с примерно одинаковой вероятностью. Группы с двумя протонами, например —СНг, расщепляют сигналы соседних групп в триплеты с соотношением интенсивностей 1 2 1, так как спины двух протонов могут быть направлены или оба по полю, или в разные стороны, или оба против поля, причем легко видеть, что вероятность среднего случая в два раза больше, чем каждого из крайних. [c.344]

Для примера рассмотрим основное состояние атома водорода. Спин протона /= /2 и 7= /2 следовательно, квантовое число Р мо- [c.93]

НОГО И равновесного водорода очень интересны. Они не только показывают, что свойства жидкостей зависят от состояния атомов ядер, но и демонстрируют характер наблюдаемых зависимостей. Из приведенных в табл. 27 данных следует, что параводород кипит при более низких температурах, чем нормальный водород. Теплота испарения жидкого параводорода меньше, а молярный объем больше, чем у нормального водорода. Хотя различия и невелики, они дают основания считать, что взаимосвязь между молекулами параводорода в жидкой фазе слабее, чем между молекулами ортоводорода. По всей вероятности, это вызвано различиями в магнитных взаимодействиях молекул. Магнитные моменты молекул орто- и параводорода отличаются за счет различий суммарных ядерных спинов и вращательных квантовых чисел. Спины протонов в молекулах параводорода антипараллельны. Они компенсируют друг друга и не вносят вклад в магнитный момент молекулы. При низких температурах почти все молекулы параводорода находятся на самом низком вращательном уровне, 7=0, поэтому магнитный момент молекул параводорода равен нулю, т. е. они немагнитны. Магнитный момент молекул ортоводорода всегда отличен от нуля, потому что ядерные спины параллельны и самый низкий вращательный уровень У = 1. [c.220]

Оценим чувствительность метода СПЯ для регистрации спектров ЭПР короткоживущих РП. При комнатной температуре в полях порядка нескольких тесла, которые применяются в современных экспериментах по ядерному магнитному резонансу, равновесная поляризация спинов протонов порядка 10 В этих условиях удается регистрировать спектр ЯМР, если в образце находится порядка 10 протонов. Значит, спектрометры ЯМР позволяют измерить поляризацию порядка = 10 - 10 = 10 . Пусть г - время жизни РП, оно порядка наносекунд, а Т, - время релаксации поляризованных ядер - это время порядка секунд. Если стационарная концентрация РП равна N, то стационарная концентрация поляризованных ядер равна [c.132]

Следует отметить, что спин протона и нейтрона, как и электрона, равен 1/2. [c.46]

СТС от одного парамагнитного ядра. Рассмотрим атом, в котором неспаренный электрон взаимодействует с одним протоном (спин протона / = /2). Во внешнем магнитном поле Н, так же как и для электрона, будут реализовываться две ориентации магнитного момента протона — по полю (т1=-1-У2) и против поля (ш/ = — /2). Магнитный момент протона создает в месте нахождения электрона дополнительное магнитное поле AЯ . Поэтому при напряженности внешнего магнитного поля Яо неспаренные электроны части атомов, [c.238]

Уже давно были сделаны интересные наблюдения, которые сейчас называют спиновым катализом. Возможно, один из первых изученных примеров спинового катализа - это орто-пара конверсия молекул водорода парамагнитными частицами. При столкновении с парамагнитной частицей молекула водорода оказывается в неоднородном магнитном поле, создаваемом парамагнитной частицей. Это поле, вообще говоря, разное в месте нахождения разных протонов. В результате динамики спинов протонов в неоднородном поле суммарный спин двух протонов не сохраняется, происходят синглет-триплетные (орто-пара) переходы. Таким образом, парамагнитные частицы ускоряют (катализируют) орто-пара конверсию водорода. [c.6]

Таким образом, для молекулы водорода На, находящейся в основном квантовом состоянии, ф симметрична, когда 5 = 25 =1, так как спины их протонов равны 1/2. В этом случае спины протонов параллельны. Если же спины протонов в молекуле На антипараллельны, т. е. в = 2з. — 1 — О, то ф антисимметрична. [c.217]

Рассмотрим спин-спиновое взаимодействие групп СНз и СН2. Протон имеет /=72. поэтому возможные для него спиновые состояния определяются магнитным квантовым числом т, равным 72- Обозначим состояние т=-н72 буквой а, а состояние т=—7г буквой р. Возможные конфигурации ядерных спинов протонов, входящих в группу СНз, имеют следующий вид [c.122]

СТС от одного парамагнитного ядра. Рассмотрим атом, в котором неспаренный электрон взаимодействует с одним протоном, (спин протона / = /2)- Во внешнем магнитном поле Я, так же как и для электрона, будут реализовываться две ориентации магнитного момента протона по полю (т = + /2) и против поля (т = =— /г). Магнитный момент протона создает в месте нахождения электрона дополнительное магнитное поле АЯ/. Поэтому при напряженности внешнего магнитного поля Яо неспаренные электроны части атомов, у которых т/= + 72, окажутся в суммарном поле Я = Яо + -fAЯ/. В атомах, у которых т =— /2, величина суммарного поля равна Я = Яо—ДЯ/. [c.26]

В спектре ЯМР разрешены переходы с переворотом одного из спинов. Видно, что в рассматриваемой системе возможны четыре резонансные линии, которые соответствуют переходам 1-3, 2-4, 1-2 и 3-4. Два первых перехода соответствуют резонансным переходам для спина протона А на частотах [c.78]

Стрелки под метиленовой группой изображают ориентации (относительно направления поля Но), которые могут принимать спины протонов метильной группы стрелки под метильной группой показывают возможные ориентации спинов протонов метиленовой группы. Такие ориентации спинов протонов группы СН,, как приводят к одинаковому эффективному полю для протонов груп- [c.554]

Сигнал от На появляется в виде дублета из-за двух ориентаций спина протона Нх — параллельной (низкая энергия) и анти-параллельной (высокая энергия). Точно так же сигнал от протона Нх появляется в виде дублета из-за двух ориентаций спина протона На — параллельной (низкая энергия) и антипараллельной (высокая энергия). [c.317]

СПИНОВ Протонов и нейтронов, составляющих ядро. Можно ожидать, что ядро дейтерия, состоящее из одного протона и одного нейтрона, будет иметь спин 1 или О в зависимости от того, параллельны ( ) или антипараллельны (I I) спины протона и нейтрона. Экспериментально установлено, что дейтрон в своем основном ядерном состоянии имеет спин 1, т. е. спины протона и нейтрона параллельны. [c.499]

Пример 16.3. Определить отношение числа спинов протонов на нижнем уровне к числу спинов протонов на верхнем уровне при комнатной температуре в магнитном поле напряженностью 10000 Гс. [c.503]

Блох (1946) учел взаимодействие спинов протонов между собой и с другими степенями свободы вещества (решеткой). Взаимодействие между ядерными спинами и решеткой определяет условия релаксации системы возбужденных ядерных спинов к равновесию. Выделяющаяся при переходах с возбужденного на невозбужденный уровень энергия превращается в тепловую энергию решетки. Система уравнений, описывающих изменение ядерной намагниченности М во времени, учитывающей релаксационные процессы, имеет вид [c.146]

Распределение спинов протонов метила + 1/2 + /2 +1/2= +11/2 +1/2 + 1/2— -1/2 - 1/з + 1/2 -1/2 1/2 = + 1/2 - 1/2 + 1/2 + 1/2 = + Ч2 Ч2 + [c.602]

На энергетическое состояние спина протона (и любого другого магнитного ядра атома в методе ЯМР) сильное влияние оказывает электронная плотность взаимодействующей с ним его собственной к-орбитали. И электронная плотность, и энергия расщепления спина протона в постоянном магнитном поле зависят от природы химической связи этого протона с другим атомом, с которым он контактирует (атом К), а также от атомного окружения этого контактного атома (состава и природы групп X- и V-). [c.120]

Если протон взаимодействует с группой химически эквивалентных протонов, то из-за совпадений констант происходит некоторое упрощение спектра. Например, взаимодействие с группой СНз расщепляет протонный сигнал на четыре компоненты вместо максимального числа 2 8, которое можно было бы ожидать для взаимодействия с тремя неэквивалентными протонами. Причина состоит в том, что определенные сочетания спинов протонов СН3-группы магнитно неразличимы (см. стр. 33—34), и это вырождение уменьшает число отдельных линий. Но каждое из восьми сочетаний вносит равный вклад в общую интенсивность, поэтому спин-спино-вое взаимодействие с группой СН3 характеризуется квартетом линий с относительными интенсивностями 1 3 3 1 (см., например, рис. 2.6). Вообще п эквивалентных протонов расщепляют резонансную полосу взаимодействующего с ними протона на я + 1 отдельных линий, интенсивности которых выражаются коэффициентами разложения бинома степени п. Эти коэффициенты легко получить с помощью таблицы, известной под названием таблицы Паскаля (3.1). [c.69]

На основании изучения водорода методом низкотемпературной теплоемкости было открыто существование двух изомеров иодорода Нг — параводорода и ортоводорода, отличающихся спинами протонов. Теплоемкость водорода при низких температурах значительно ииже, чем следует ожидать для двухатомного газа. Так, для водорода она приближается к 12,6 Дж/(К- моль) (вместо расчетной 20,8 Дж/(К-моль)]. Такое поведение молекул водорода связано с квантовыми явлениями при собственном вращении протона в ядрах атомов. Два протона в моле- куле Нг могут различаться спинами. В ортоводороде спины протонов параллельны, в параводороде—антнпараллельны. При [c.44]

Введем обозначения УЙлДЛя сочетаний спинов протонов группы Л (СНз-группа) и Мв для сочетаний спинов протонов группы В (СНз-группа). Согласно квантово-механическим [c.84]

В настоящее время принимают, что ядра состоят из ядерных частиц — нуклонов протонов и нейтронов. Протон (от греческого лршто — первый) — ядерная частица с положительным зарядом, равным -f 1,60206 X X Ю к (этот элементарный заряд электричества мы будем обозначать -Ы или 1). Масса протона равна 1,66- 10 г относительная масса (12С = 12) 1,007805, или приближенно 1 спин протона равен 1/2. Протон обозначают буквой р или р. Очевидно, что протон представляет собой ядро атома водорода. Нейтрон (от латинск. neuter — ни тот, ни другой) — ядерная частица, не имеющая электрического заряда. Относительная масса его равна 1,008665, или приближенно 1 спин нейтрона равен 1/2. Нейтрон обозначают п или п. [c.36]

На симметрию влияют фяд, грэл и фар. Благодаря этому симметрия вращательной волновой функции определяется однозначно, если заданы свойства тряд и фэл Свойства орто- и параводорода хорошо иллюстрируют сказанное. Спин протона равен /2- В соответствии с этим суммарная волновая функция водорода должна быть антисимметричной. Для молекулы Н2 электронная волновая функция симметрична, фкол также всегда симметрична. Для ортоводорода (11)5 = 1 Сяд = 3, фяд симметрична. Следовательно, грвр антисимметрична, чтобы полная функция Ч оставалась антисимметричной. Антисимметричной г )вр отвечают только нечетные значения Л При высоких температурах, для бвр [c.233]

Как уже было сказано, для ядер, имеющих полуцелый спин, полная волновая функция молекулы антисимметрична по отношению к обмену ядер местами. Так как для молекулы водорода На фэл симметрична по отношению к этому обмену, то ф может быть антисимметричной, когда 5 = О и вращательные уровни четные или же когда 5 = 1 и вращательные уровни нечетные. Молекулы Н2 с параллельными спинами протонов называют молекулами ортоводорода. Молекулы с анти-параллельной ориентацией ядерных спинов называют молекулами параводорода. Ортомодификацией молекул обычно называют ту, которая имеет больший статистический вес [481. [c.218]

Реальные молекулы не являются жесткими системами, при их вращении происходит, в частности, центробежное искажение структуры. Интенсивность линий В. с. определяется вероятностью квантовых переходов (зависит от волновых ф-ций состояний и операторов электрич. моментов) и заселенностью состояний, т. е. долей Nj молекул, находящихся в данном состоянии, относительно общего числа молекул No- Если при рассмотрении волновых ф-ций состояний учитывать влияние спинов ядер, то оказывается возможным объяснить особенности вращат. спектров КР центросимметрнчных линейных молекул (Н , Oj, СО2). Если ядерный спин равен нулю, каждый второй вращат. уровень не может быть заселен, напр, у молекулы -каждый уровень с четным J, и в спектре не будет половины (через одну) линий. При ядерном спине, ме равном нулю, наблюдается чередование интенсивностей линий спектров КР. Напр., в случае Hj (спин протона равен 1/2) отношение интенсивностей четных линий к нечетным равно 1 3, что соответствует соотношению пара- и орто-модификаций Hj. [c.430]

ХПЭ возникает по двум главным механизмам. Во-первых, в радикальных парах рекомбинация радикалов селективна и по электронному, и по вдерному спину, так что при рекомбинации происходит сл ор радикалов по обоим сгшнам. В результате в радикалах, избежавших рекомбинации, остаются заселенными лишь определенные, избранные алектронно-адерные состояния. Напр., в атоме водорода, покидающем радикальную пару, электронный а-спин комбинир с ( спином протона, а Р-спин алектрона комбинирует с спином протона. В спектре ЭПР таких ш омов с поляризованньши алектронами линия в слабом поле оказывается эмиссионной, а линия в сильном поле -аномально интенсивной в поглощении. [c.233]

Сверхтонкая структура. Наиб, ценную информацию дает анализ СТС спектров ЭПР, обусловленной взаимод. мага, момета неспаренного алектрона с мага, моментами ядер. В простейшем случае атома водорода неспаренный электрон находится в поле Н и локальном поле, созданном адерным спином протона (/= /3) при этом имеются две возможные ориентации ядерных спинов относигельно поля Н. в направлении этого поля и в противоположном, что приводит к расщеплению каждого зеемановского уровня на два (рис. 3). Т. обр., вместо одной линии резонансного поглощения при фиксированной частоте возникают две ли- [c.449]

Возможность исдледования структуры воды методами ЯМР обусловлена наличием у молекулы воды двух ядер водорода с отличным от нуля спином. Спин ядра водорода равен /2. Сущность явления ЯМР состоит в резонансном поглощении электромагнитной энергии частоты го веществом, помещенным в магнитное поле достаточно высокой напряжен-, ности //о=(10—25) кгс. В однородном магнитном поле два возможных положения спина протона становятся энергетически неравноценными. Энергия расщепления АЕ пропорциональна напряженности поля На и магнитному моменту ядра ц [c.145]

В разд. Непрямое спин-спиновое взаимодействие (разд. 9.3.2) было показано, что взаимодействие между соседними ядерными диполями по механизму непрямого спин-спинового взаимодействия вызывает расщепление сигналов и приводит к появлению характеристических мультиплетов. Эти сигналы содержат информацию о структуре молекул. Например, присутствие квадруплета и триплета в спектре свидетельствует о наличии этильной группы в молекуле. В разд. 4Метод ЯМР и ЯМР-спектрометр (разд. 9.3.2) мы узнали о том, что спектры ЯМР на ядрах С записывают обычно с использованием широкополосной протонной развязки, с помощью которой устраняются спин-спиновые взаимодействия. Это достигается путем облучения мощным полем с частотой, соответствующей переходу протонов. При этом ориентация спинов протонов меняется очень быстро, время жизни каждого состояния спина уменьшается и результирующее взаимодействие становится равным нулю. Исчезает расщепление сигналов, мультиплеты становятся сипглетами. Такая процедура широкополосной протонной развязки является гетероядерной развязкой, поскольку облучают протоны, а наблюдают резонансные сигналы ядер С. Возможно проведение и гомоядерной развязки эти эксперименты очень важны и используются, когда нужно в спектроскопии ПМР идентифицировать сигналы, принадлежащие взаимодействующим друг с другом протонам. В качестве примера можно привести ацетилсалициловую кислоту, ароматическая часть спектра которой приведена на рис. 9.3-30,а. Для того чтобы продемонстрировать этот подход, облучим образец резонансными частотами дублета дублетов, с центром при 6 = 7,95, соответствующего протонам Н-6 (протон в орто-положении к карбоксильной группе). Сравнивая исходный и развязанный спектр (рис. 9.3-30,6), мы видим, что дублет триплетов упростился (<У = 7,25), так что одно орто-взаимодействие теперь отсутствует. Следовательно, этот сигнал можно отнести к Н-5. Однако мы также видим упрощение другого дублета— дублета триплетов при 6 = 7,5, поскольку л ета-взаимодействие J(H-4/H-6) [c.246]

Поскольку в дальнейшем придется более детально остановиться на элементарной теории спин-спинового взаимодействия, описанного в общих чертах в разд. 2.3, мы прежде всего кратко изложим теорию в ее приближенной форме, а затем.укажем, какие поправки к ней следует сделать. Элементарная теория хорошо оправдывается, если химические сдвиги взаимодействующих протонов сильно различаются. Рассмотрим сначала такую молекулу, как С12СН — СНО, содержащую два взаимодействующих протона А и X, значительно удаленных друг от друга в протонном спектре. Протон А находится в несколько различных полях в зависимости от того, ориентирован спин протона X вдоль или против приложенного поля Яо, а поскольку обе эти ориентации имеют примерно одинаковую вероятность, резонансная полоса протона А будет состоять из двух линий равной интенсивности. Резонансная полоса протона X расщепится под влиянием А аналогичным образом, поэтому спектр в целом будет состоять из четырех линий, как показано в верхней части рис. 3.3. Расщепление на дублет свидетельствует о воздействии на один из протонов переориентации другого протона. Выраженное в герцах расщепление носит название константы спин- [c.67]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология