Магнитный момент ядра и его взаимодействие с магнитным полем

Спин-орбитальная связь. Спин-орбитальная связь появляется в результате взаимодействия снинового магнитного момента электрона с магнитным полем, возникающим в результате орбитального движения электрона. Рассмотрим круговое движение электрона по орбитали с радиусом г вокруг ядра с зарядом 2е. В системе координат, связанной с электроном, вращается ядро со скоростью, равной скорости вращения электрона, но только в противополож- [c.228]

Оказалось, что времена ядерной магнитной релаксации 71 и Гг растворителя (изотопы Н и Ю) резко укорачиваются под влиянием парамагнитных катионов за счет прямого диполь-ди-польного и контактного сверхтонкого взаимодействия между электронным и ядерным магнитными моментами. Ввиду большого значения магнитных моментов неспаренных электронов этот механизм эффективен уже при малых концентрациях парамагнитных катионов 10 —10 моль/л [833]. Парамагнитные примеси, создавая сильные магнитные поля на ядрах молекул растворителя, координированных парамагнитным катионом, ускоряют отвод энергии от системы резонирующих ядерных спинов к ее окружению (решетке). Благодаря быстрому обмену молекул воды в координационной сфере аква-комплекса влияние парамагнетика распространяется на весь объем растворителя, и за время релаксации все ядра растворителя успевают побывать в непосредственной близости от катиона. При прочих равных условиях скорость релаксации 01=(1/Г1) или 02=(1/Гг) линейно зависит от концентрации катиона Таким образом, ядерная магнитная релаксация оказывается чувствительным инструментом обнаружения и количественной оценки содержания парамагнитных ионов в растворе. [c.436]

Спин-орбитальная связь. Спин-орбитальная связь, благодаря которой осуществляется взаимодействие между спиновым и орбитальным магнитными моментами, появляется в результате взаимодействия спинового магнитного момента электрона с магнитным полем, возникающим в результате орбитального движения электрона. Рассмотрим круговое дви кение электрона по орбитали с радиусом г вокруг ядра с зарядом г. В системе координат, связанной с электроном, вращается ядро со скоростью, равной скорости вращения электрона, но только в противоположном направлении. Такое вращение эквивалентно электрическому току 2вь, где о — вектор скорости. В точке расположения электрона возникает магнитное поле напряженностью [c.12]

Атомные ядра и электроны, имея определенный электрический заряд, могут обладать и некоторым магнитным моментом, причем у ядра он примерно на три порядка меньше, чем у электрона. Молекула как система, состоящая из этих заряженных частиц, также может -характеризоваться вектором магнитного момента, который связан главным образом с орбитальным и спиновым движениями электронов. Еще одной характеристикой молекулы является тензор магнитной восприимчивости. Этими свойствами и определяются явления, происходящие при нахождении молекулы в магнитном поле. К важнейшим физическим методам исследования, связанным с изучением результатов взаимодействия молекул вещества с постоянным и переменным внешними магнитными полями, относятся методы радиоспектроскопии ЯМР и ЭПР. [c.6]

Магнитное сверхтонкое взаимодействие обусловлено взаимодействием дипольного магнитного момента ядра с магнитным полем Я, создаваемым электронами. При воздействии на ядро магнитного поля возникает эффект Зеемана, который заключается в расщеплении уровня ядра со спином I на 21 + 1) подуровней с различными проекциями спина ш/ на направление магнитного поля [c.100]

Суть спин-спинового взаимодействия состоит в следующем. Пусть ядро какого-либо атома в молекуле имеет спиновый магнитный момент Мяд фО. Магнитное поле, создаваемое этим моментом, ориентирует магнитные моменты электронов, окружающих ядро (парамагнитный эффект). Ориентированные в одном направлении магнитные моменты электронов, в свою очередь, создают определенным образом на-.правленное магнитное поле. Если в молекуле есть другое ядро с М ял то его магнитный момент ориентирован в соответствии с направлением магнитного поля электронов, а так как это магнитное поле направлено вдоль поля первого [c.126]

Метод ЯМР основан на следующем явлении. Ядра атомов, входящие в состав молекул, могут иметь магнитный момент, заставляющий их ориентироваться определенным образом во внешнем магнитном поле. Этот момент зависит от механического момента движения, так называемого спина. Ядра взаимодействуют не только с внешним полем, но и друг с другом, и характер зтого взаимодействия зависит от их взаимного расположения. Изменение ориентации спина ядра происходит скачком с поглощением или испусканием кванта электромагнитной энергии. И если на атом, находящийся в постоянном магнитном поле, воздействовать еще и переменным магнитным полем, то при определенной частоте колебаний, соответствующей энергии кванта, наступает резонансное взаимодействие, которое и может быть зафиксировано. [c.23]

Магнитный момент ядра и его взаимодействие с магнитным полем [c.7]

Следует заметить, что хотя сами квадрупольные энергетические уровни обусловлены взаимодействием электрического квадрупольного момента ядра с неоднородным электрическим полем, индуцированные переходы между ними связаны с взаимодействием магнитного момента ядра с переменным (радиочастотным) магнитным полем, так как энергия взаимодействия квадрупольного момента с электрическим полем в 10 раз меньше энергии магнитного дипольного взаимодействия. [c.97]

Энергетическая диаграмма для двух спиновых состояний ядра со спином / = 1/2 приведена на рис. I. 2 ее классическим аналогом является параллельная (основное состояние) и анти-параллельная (возбужденное состояние) ориентации г-компоненты ядерного магнитного момента л относительно внешнего поля Ва. В этой модели поглощение энергии в результате взаимодействия электромагнитного излучения с ядерным моментом приводит к инверсии вектора магнитного момента л. [c.228]

Примером наиболее простого случая является атом водорода. Так же как н для электрона, для протона (/ = имеет место эффект Зеемана. Поэтому его магнитный момент во внешнем магнитном поле может ориентироваться в 2/ + 1 = 2 направлениях, характеризуемых значениями т, = = При взаимодействии с обеими компонентами ядерного магнитного момента зеемановский уровень неспаренного электрона расщепляется на два других уровня. С учетом зеемановского терма ядра энергия электронного уровня определяется выражением [c.267]

Магнитный момент ядра может занимать дискретный ряд ориентаций по отношению к постоянному внешнему магнитному полю, в связи с чем энергия магнитного взаимодействия ядра с полем имеет несколько значений. Под влиянием высокочастотного поля происходят изменения ориентации магнитного момента и наблюдается резонансное поглощение высокочастотной энергии. Частота резонанса связана с напряженностью магнитного поля. [c.27]

Помещенное в поле постоянного магнита, магнитное ядро будет взаимодействовать с этим полем, определенным образом ориентируясь в пространстве. Подобно оси волчка, вращающегося в поле тяготения Земли, магнитный момент ядра будет прецессировать вокруг направления постоянного магнитного поля Hq (рис. 5.1). [c.278]

Самопроизвольная, без внешнего воздействия переориентация спина ядра В магнитном поле - явление чрезвычайно маловероятное. Напротив, в условиях взаимодействия с переменным электромагнитным полем прецессирующим в горизонтальной плоскости с частотой происходит интенсивный обмен радиочастотными квантами между источником поля и системой ядер. При этом каждая переориентация вектора магнитного момента ядра сопровождается испусканием или поглощением кванта энергии Л V = А . Поскольку заселенность верхнего и нижнего уровней неодинакова, при равной вероятности перехода с одного уровня на другой число квантов, поглощаемых системой ядер, будет несколько большим, чем число квантов, испускаемых ею. Вследствие этого, плавно меняя частоту VI переменного поля [c.281]

Когда ядро, имеющее ядерный квадрупольный момент (ядро со спиновым квантовым числом />1 см. второй раздел гл. 8 и рис. 8-1), находится в неоднородном электрическом поле, обусловленном асимметрией электронного распределения, такое квадрупольное ядро взаимодействует с электрическим полем, причем энергия взаимодействия различна для разных возможных ориентаций эллиптического квадрупольного ядра. Поскольку квадрупольный момент возникает вследствие несимметричного распределения электрического заряда в ядре, он является электрическим, а не магнитным моментом. Разрешенные ориентации момента квантованы, так же как квантуется энергия вращающегося электрона в положительном поле ядра. Ядро может иметь 21 + 1 ориентаций, которые описываются ядерным магнитным квантовым числом т, причем т может принимать значения /, /—1,. .., О,. .., —1 + 1, —Квадрупольный уровень энергии с наименьшей энергией соответствует ориентации, при которой наибольшая доля положительного заряда ядра находится ближе всего к наибольшему отрицательному заряду электронного окружения. Разность энергий при различных ориентациях не очень велика, и при комнатной температуре у группы молекул имеется распределение ориентаций. Если ядро сферическое (/=0 или /г) или если электронное окружение данного ядра является сферическим (как в С1 ), все ядерные ориентации эквивалентны и соответствующие квадрупольные состояния энергии вырождены. [c.340]

Следует отметить, что наличие энергетических уровней квадрупольного взаимодействия обусловлено взаимодействием неоднородного электрического поля с электрическим квадрупольным моментом ядра, но индуцированные переходы связаны с взаимодействием магнитного момента (х ядра с магнитным вектором радиочастотного поля. Энергия взаимодействия электрического квадрупольного момента с электрической компонентой электромагнитной волны в 101 раз меньше энергии магнитного дипольного взаимодействия. [c.12]

Однако при более точном рассмотрении взаимодействия между магнитными моментами атомных ядер следует учесть еще два обстоятельства. Дело в том, что, совершая переход с верхнего уровня на нижний и испуская квант энергии, атомное ядро может вызвать энергетический переход соседнего однотипного ядра. Это означает, что пары однотипных ядер могут вести себя как связанные системы, изменение энергетического состояния которых может потребовать иных резонансных частот, чем резонансная частота одного ядра. Кроме того, испускаемое ядрами электромагнитное излучение, взаимодействуя с внутренними переменными полями, может образовывать комбинационные частоты, совпадающие с резонансной частотой исследуемых ядер. Таким образом, кроме составляющих энергетического спектра в области резонансной частоты эффективными могут оказаться и некоторые другие его частоты. Это относится и к взаимодействию разнотипных ядер. [c.59]

Сверхтонкое взаимодействие и ионность в ковалентных полупроводниках. Наиболее полно представлены результаты измерения спектров э.п.р. Мп в ковалентных полупроводниках. Двухвалентный марганец имеет Зс -конфигурацию электронов и 55/2-состояние. Электрическое поле кристалла не должно непосредственно влиять на такое сферически симметричное состояние. Однако хорошо известно, что расщепление 55/2-состояния внутрикристал-лическим полем все-таки имеет место. Учет вклада возбужденных состояний в основное состояние под влиянием процессов, представляющих собой комбинацию штарковского, спин-орбитального и спин-спинового взаимодействий, объясняет наблюдающееся расщепление 55/2-состояния на дублет и триплет [4]. Контактное сверхтонкое взаимодействие в состоянии 55/2 объясняется спиновой поляризацией внутренних 15 -, 25 -, Зз -оболочек [5] и представляет собой взаимодействие между магнитным моментом ядра и магнитным полем на ядре Я , образованным неспаренными электронами и определяемым из соотношения [c.52]

Анизотропный характер взаимодействия магнитных моментов ядра азота и неспаренного электрона приводит к тому, что спектр ЭПР нитроксильных радикалов оказывается чувствительным к скорости вращательной диффузии радикала. Дело в том, что величина локального поля, создаваемого ядром азота в месте нахождения неспаренного электрона, зависит в соотвествии с (Х.2.18) от ориентации радикала относительно внешнего поля. Если радикал ориентирован во внешнем поле таким образом, что ось 2 радикала ориентирована параллельно внешнему полю (0 в (Х.2.18) равно 0,71), то расстояние между соседними линиями (константа СТС А г) оказывается равной 3,2 мТл. При перпендикулярной ориентации оси 2 по отношению к внешнему полю (т. е. когда либо ось х, либо ось у параллельны Л и 0 в Х.2.18 равен 71/2) константа СТС А х и Ауу) уменьшается до 0,5-0,6 мТл. Более того, и значения (/-фактора зависят от ориентации радикала. Так, например, при параллельной ориентации оси 2 по отношению к внешнему полю значение -фактора равно дгг = 2,0027. При параллельности внешнему полю осей х и у -факторы равны дхх = 2,0089 и дуу = 2,0061 (рис. Х.9). [c.278]

Магнитные ядра могут взаимодействовать не только с решеткой, но и между собой. На каждый магнитный момент ядра, номещенного в поле Яо, действует слабое магнитное поле Ял, создаваемое соседними магнитными ядрами. Величина поля, создаваемого магнитным диполем. Ял равна и с ростом величины Я быстро падает, т. е. существенную роль могут играть [c.63]

Магнетиз.м является следствием взаимодействия элементарных носителей. магнитного момента с внешним магнитным полем Н и друг с другом. Элементарными носителями магнитного момента являются частицы, из которых состоят атомы. Это - электроны с моменто.м LL и атомные ядра с, мо,ментом и,. Последняя величина представляет собой сумму магнитных моментов Suj всех (i) частиц, входяишх в состав ядра. Поскольку Це ,и,, то [c.21]

Магнитный момент ядра, обладающего спином I, в соответствии с правилами квантования имеет 2/+1 возможных ориентаций по отношению к внешнему магнитному полю. Каждой из них соответствует свое значение добавочного магнитного поля, которое создается ядром в месте расположения электрона, поэтому каждый электронный уровень расщепляется на 2/+1 подуровней. По правилам отбора возможен один переход с каждого подуровня сверхтонкой структуры, так чтобы А5 = 1, где А5 — проекция спина электрона на направление поля. В результате в в спектре появляется 27+1 равноотстоящих линий. Если несна-ренный электрон взаимодействует с несколькими магш тными ядрами, то в спектре появляется П (2/ +1) линий равной интенсивности (/ — спин ядра г, П — произведение ио всем г). Когда расщепления от различных ядер кратны друг другу, некоторые линии перекрываются. Интенсивности компонентов такого спектра оказываются между собой в простых кратных отношениях. На практике часто встречается случай одинакового взаимодействия неснаренного электрона с несколькими протонами 1= 1 . При этом число линий в спектре равно ге+1, где п — число протонов, а относительная интенсивность А -той линии от края спектра выражается числом сочетаний из п элементов по к—1 (или А -тым коэффициентом бинома Ньютона) [c.194]

Магнитный момент ядра может занимать цискретныи ряд ориентаций по отношению к постоянному внешнему магнитному полю напряженностью Я, в связи с чем энергия магнитного взаимодействия ядра с нолем имеет несколько значении (т. наз. уровни Зеемана). Под влиянием высокочастотного поля напряженностью направленного перпендикулярно постоянному и характеризующегося энергией квантов, равной разности энергии между уровнями, происходят иереходы с одного уровня на другой (изменения ориентаг.ии магнитного момента) и наблюдается резонансное поглощение высокочастотной энергии. Частота резонанса v связана с Н соотношением v= yl2n)H, где у — гиромагнитное отношение ядра. Для большинства ядер значения у лежат в интервале 2-10 —2,7 10 сек в поле напряженностью 10 а м (10 э) v=3—42 Мгц, и погло-, щение происходит в метровом диапазоне радиово лп. [c.520]

Очень тонкие спктроскопические измерения показали, что ядерный спин и энергии взаимодействия между магнитным моментом ядра и внешним полем квантованы подобно всем другим атомным свойствам. В отличие от того, что мы наблюдаем для обычных макроскопических магнитов, для ядерных спинов в природе существуют лишь некоторые строго определенные значения спина, с которыми связаны строго определенные уровни энергии. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) изучает переходы между такими уровнями энергии. [c.219]

В статье Силлеску показано, что гамильтониан, описывающий взаимодействие между магнитным дипольным моментом ядра и магнитным полем напряженностью Н, определяется как [c.256]

Подстановка величин и Ш в это уравнение позволяет воспроизвести энергии, приведенные на рис. 9.2,Г. Для ядра с произвольным ядерным спином проекция ядерного магнитного момента на направление эффективного поля на ядре может принимать любое значение 2/ + 1, соответствующее квантовым числам 1, -Л- 1,. .., /- I, I. Эти ориентации приводят к 2/ -I- 1 различным ядерным энергетическим состояниям (одному для каждого значения Ш/), и если каждое из них взаимодействует с электронным моментом, в спектре ЭПР появляются 21 + 1 линий. Поскольку различия в энергиях малы, будем считать, что все уровни с одной и той же величиной т, заселены пдиняково. а линии поглощения ЭПР имеют равную интенсивность и удалены друг от друга на одинаковое расстояние. Например, для неспаренного электрона где 1 = 1, ожидаются три полосы. [c.17]

Спин-спиновую связь ядер рассматривают иногда как суммарный результат трех эффектов взаимодействия ядер и электронов. Во-первых, магнитный момент ядра оказывает воздействие на электрическое поле, обусловленное орбитальным движением электронов, а это поле, в свою очередь, взаимодействует с магнитным моментом другого ядра. Во-вторых, имеет место взаимодействие магнитных диполей, в котором участвуют не только ядра, но и электроны. И, наконец, учитывая симметрию атомных s-op-биталей, надо иметь в виду отличную от нуля электронную спиновую плотность на ядрах — так называемое контактное взаимодействие Ферми. При спин-спиновой связи протонов именно это взаимодействие является наиболее важным. [c.29]

Если в какой-то момент времени ядерные диполи прецессируют в фазе, то время, необходимое, чтобы фазы прецессии разошлись, равно (Av) . Это время можно рассматривать как часть времени спин-спинового взаимодействия Гг. Кроме того, ядро, создающее магнитное поле и осциллирующее с ларморовой частотой, может вызвать переход у соседнего ядра. Происходит одновременная переориентация обоих ядер, т. е. обмен энергией при сохранении их общей энергии. При этом изменение энергетического состояния одной частицы влияет на состояние другой. [c.256]

Возникающие при движении угловой ядериый момент Л и магьштный момент ц могут быть представлены в виде векторов. Их постоянное отношение мы назовем гиромагнитным отношением 7, Именно эта константа определяет резонансную частоту ядра. Взаимодействие магнитного и углового моментов с постояш5ым магнитным полем Вц (рис, 4.1) может быть описано в классических терминах [c.99]

Р. изучает неск. типов переходов переходы между уровнями энергии, соответствующими вращат. движению молекул с постоянным электрич. моментом (см. Микроволновая спектроскопия), переходы, обусловленные взаимодействием электрич. квадрупольного момента ядра с внутр. электрич. полем в твердых телах (см. Ядерный квадрупо.пчый резонанс) и взаимодействием электронов проводимости с внеш. магн. полем (см. Циклотронный резонанс) переходы, обусловленные взаимодействием магн. моментов электронов или ядер с внеш. магн. полем в газах, жидкостях и твердых телах (см. Электронный парамагнитный резонанс, Ядерный магнитный резонанс). [c.171]

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]

Последний член этого уравнения характеризует зеемановское взаимодействие между ядерпым магнитным моментом и внешни.м полем Н. Величина этого взаимодействия мала, и поскольку при ЭПР-переходе магнитное квантовое число ядра обычно не меняется, его в дальнейшем можно не рассматривать. Оценка остальных членов через спиновые функции (г -Ь 1) X 21+ 1) и диагонализация конечной матрицы приводят к следующим собственным значениям для каждого состояния, определяемого магнитными квантовыми числами электрона и ядра, М тлМ[. [c.422]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология