Молекула в магнитном поле

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]

МОЛЕКУЛА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ [c.101]

Магнитное поле может повышать скорость возникновения зародышей. Действие магнитного поля связывают либо с уменьшением энергии активации на величину поворота молекулы в магнитном поле, либо с уменьшением работы образования критического зародыша. Стимулирует кристаллизацию и радиоактивное излучение. Предполагается, что заряженные частицы, испускаемые радиоактивным веществом, способствуют образованию центров кристаллизации. [c.363]

Поведение молекулы в магнитном поле зависит от трех величин одна определяет всегда имеющийся эффект, индуцируемый самим полем, а две другие характеризуют постоянные величины, а именно суммарный спиновый магнитный момент и орбитальный момент электронов. Условия проявления двух последних характеристик в молекулах углеводородов совсем особые полученные данные относятся к возбужденным состояниям, и мы не будем ими заниматься. Эффект индукции, всегда наблюдающийся под влиянием магнитного поля, является следствием диамагнетизма, существование которого может быть объяснено на простом атомном примере. В магнитном поле электроны атома получают небольщой дополнительный момент количества движения и связанный с ним магнитный момент аналогично тому, как в витке проводника, перпендикулярном переменному магнитному полю, возникают ток и связанное с ним магнитное поле. Индуцированное поле противоположно индуцирующему и пропорционально сечению витка, т. е. квадрату радиуса электронной орбиты. Каждый /-электрон атома вносит свой вклад, пропорциональный г], т. е. усредненному квадрату его расстояния от ядра, что приводит к выражению для молекулярной восприимчивости [c.31]

Причина различий резонансных напряженностей магнитного поля — электронные облака вокруг каждого ядра. При помещении молекулы в магнитное поле Яо в этих электронных облаках индуцируются орбитальные токи, вызывающие, в свою очередь, появление малых локальных магнитных полей, которые по закону Ленца всегда пропорциональны Яо и противоположны ему по направлению. Подобная картина типична для всех молекул и именно этим объясняются диамагнитные свойства веществ. Локальные поля частично экранируют каждое ядро от поля Яо, вследствие чего для наблюдения резонанса требуется несколько увеличить поле Яо. Это обстоятельство может быть выражено следующим образом [c.37]

Здесь электрическую поляризуемость следует заменить магнитной поляризуемостью и электрический момент — магнитным. Ориентация молекул в магнитном поле происходит под действием двух вращатель-, яых моментов. Молекулы стремятся установиться т к, чтобы, с одной стороны, направление их постоянного магнитного момента совпадало с направлением поля, а с другой стороны, чтобы совпадало с напра- [c.170]

Как видно из уравнения Штерна, сила, действующая на молекулярный магнит, не является функцией пространственной ориентации молекулы в магнитном поле. В старой, классической теории магнетизма сила, действующая на любую частицу с моментом равна р. os о л,где О— угол между магнитной осью и нанравлением поля Н, причем этот угол может иметь любое [c.31]

Действие магнитного поля связывают либо с уменьшением энергии активации на величину работы поворота молекулы в магнитном поле [114], либо с уменьшением работы образования критического зародыша [116]. [c.81]

Введение молекулы в магнитное поле приводит к характерному изменению ее энергетического состояния при этом осуществляются уже упомянутые в разд. 5.4. переходы между зеемановскими уровнями. Расстояния между этими магнитными уровнями спинов электронов в магнитных полях обычных лабораторных магнитов лежат, как правило, в микроволновой области, а для спинов ядер — в диапазоне дециметровых и метровых волн. [c.84]

Магнитные свойства определяют явления, происходящие при помещении молекул в магнитное поле, и проявляются в тонкой и сверхтонкой структуре молекулярных спектров. Важные экспериментальные методы изучения магнитных свойств молекул связаны с прямым воздействием на молекулы вещества постоянного или переменного внешнего магнитного поля. [c.441]

Энергия молекулы в магнитном поле. Молекула, обладающая в общем случае некото рым моментом и, при помещении в магнитное поле приобретает дополнительно наведенный полем момент Дц, так что ее полный момент в поле равен ц -f Дц,. При возрастании напряженности поля от некоторого значения Н до Н + dH энергия возрастает на величину dw, выражающуюся в виде [c.445]

Второй путь квантовомеханического определения магнитной восприимчивости так. же, как и вектора магнитного момента молекулы, основан на использовании выражения для энергии молекулы в магнитном поле. Обозначим оператор Гамильтона, волновую функцию и энергию молекулы в отсутствие поля через Яо, % и Ео соответственно, а в поле напряженности Я На , Ну, Нг) — через Я На , Ну, Нг), Ч На , Ну, Нг), Е На , Ну, Нг)- ОчеВИДНО, ЧТО ПрИ-ращение энергии в поле [c.450]

МОЛЕКУЛА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ. РАСЩЕПЛЕНИЕ ВЫРОЖДЕННЫХ УРОВНЕЙ ЭНЕРГИИ (ЭФФЕКТ ЗЕЕМАНА) [c.453]

Сверхтонкая структура энергетических уровней молекулы в магнитном поле с учетом экранирования и спин-спинового взаимодействия ядер [c.461]

До сих пор при рассмотрении энергии молекулы в магнитном поле мы не учитывали двух факторов, влияющих на сверхтонкую структуру энергетических уровней молекулы в магнитном поле. Именно, мы не учитывали, что действующее на ядра магнитное поле отличается от внешнего магнитного поля в связи с так называемым частичным экранированием внешнего поля электронной оболочкой молекулы. Далее мы не учитывали взаимодействия магнитных моментов ядер молекулы, имеющих спины и магнитные моменты не равные нулю. Эти факторы оказывают существенное влияние на [c.461]

Полный оператор Гамильтона (в герцах) для молекулы в магнитном поле может быть записан в виде [c.465]

На свойства диамагнитных веществ напряженность магнитного поля и температура не оказывают влияния. На парамагнитные вещества внешнее машитное поле пе влияет, но магнитная восприимчивость их зависит обратно пропорциопалыю абсолютной температуре. Это объясняется следующим образом, Каждая частица парамагнитного вещества обладает постоянным магнитным моментом, опр еделяемым числом неспаренных электронов. В отсутствие внешнего магнитного поля суммарный магнитный спиновый моме1 т равен нулю вследствие хаотического направления спинов, а нри наложении магнитного поля происходит ориентация спинов, атомов н молекул в магнитном поле. Повышение температуры ослабляет ориентацию во внешнем магнитном поле, и парамагнетизм уменьшается в соответствии с формулой (закон Кюри) [c.195]

В соответствии с хюккелевской моделью 4п-системы два электрона находятся на вырожденных несвязывающих орбиталях и имеют неспаренные спины (см. разд. 2.4.2). Чтобы устранить вырождение, молекула претерпевает перестройку так, что одна из орбиталей увеличивает, а другая понижает энергию (псевдоэффект Яна—Теллера), и электроны спариваются на орбитали с более низкой энергией. Поскольку орбитали были вырожденными, магнитные переходы между ними разрешены, а поскольку разница в энергиях мала, то вероятность такого перехода велика. В соответствии с этим, при введении молекулы в магнитное поле происходит смешение возбужденного и основного состояний. Это приводит к возникновению парамагнитного поля, действие которого противоположно действию диамагнитных полей, обсужденных ранее. Парамагнетизм в бензоле будет небольшим, так как магнитные переходы между занятой и незанятыми орбиталями запрещены и энергетическая разница велика [54]. [c.301]

НЫХ массах парообразных образцов некоторых соединений может быть получена из масс-спектрометрии, хотя этот метод до сих пор еще очень мало применялся к неорганическим соединениям— см,, например, галогениды щелочных металлов и М0О3. Менее прямой источник информации—исследование отклонения простых молекул в магнитном поле, которое показывает, в частности, что одни молекулы галогенидов АХг являются линейными, а другие — уголковыми (см. гл. 9). Интересное развитие инфракрасной спектроскопии состоит в конденсации частиц, присутствующих в паре при высоких температурах, на (твердой) матрице благородного газа при очень низких температурах, что делает возможным исследование обычными методами молекул, которые недостаточно стабильны. [c.39]

Если поместить электронную систему (например, атом или молекулу) в магнитное поле, то электроны получают дополнительное количество движения. Они начинают нре-цессировать вокруг направления приложенного поля. Движущиеся заряды — это электрический ток, а электрический ток в свою очередь индуцирует магнитное поле. Такое индуцированное магнитное поле направлено противоположно внешнему магнитному полю и ослабляет его. Индуцированное магнитное поле тем сильнее, чем сильнее само внешнее магнитное поле Hq, оно пропорционально Но- [c.22]

Первой стадией реакции фотолиза является образование триплетных молекул, т. е. молекул с двумя неспаренными параллельными спинами электронов. Ввиду очень короткого времени электронно-спиновой релаксации три уровня (суммарный спин электрона 5=1) триплетной молекулы в магнитном поле перед протеканием реакции заселены в соответствии со статистикой Больцмана. При захвате водорода из растворителя (толуол) образуются радикальные пары, которые также существуют в трех триплетных состояниях. Однако продукт реакции в клетке (1,1,2-трифе-нилэтан) образуется только из радикальной пары в синглетном состоянии, т. е. из радикальной пары с антипарал-лельными спинами электронов. Наибольшую вероятность переходов между триплетным и синглетным состояниями радикальной пары, происходящих при взаимодействии спинов электронов и ядер, имеют состояния системы ядер- ш гxпшюв t ши 3г 7 2 tpaздт ВследсТЁие [c.141]

НИЯ состояния со спином Теорема Крамерса применима также к квартетным состояниям S = для которых расщепление в нулевом поле создает два крамерсовых дублета или вырожденные пары состояний с mg = /г и mg == 2- Теорема Крамерса основана на инвариантности электронного гамильтониана при операции симметрии обращения времени , которая обращает спины и моменты всех электронов и не применима к молекулам в магнитном поле. [c.200]

Источником другого вклада в магнитное поле, действующее на ядро, являются окружающие ядро электроны. Если поместить молекулу в магнитное поле, то возникает определенное движение ее электронов, которое в свою очередь вызывает появление магнитного поля, противоположного приложенному полю Но и пропорционального ему. В этом состоит явление диамагнитной восприимчивости, наблюдающейся для большинства веществ. Поскольку индуцированное магнитное поле противоположно Но, ядра в свою очередь частично экранированы от поля присутствием электронов. Суммарное поле, действующее на ядра Ясум, дается выражением [c.262]

За электрические свойства молекул ответственны их дипольные моменты и поляризуемости. Поляризуемости и гирации (см. [ ]) определяют оптические свойства молекул. Поведение молекул в магнитном поле зависит от их магнитных моментов и диамагнитных восприимчивостей. В случае малых молекул теоретическое рассмотрение этих свойств основывается на их аддитивности. Каждой химической связи или группе атомов можно приписать присущие им значения вектора дипольного момента 1, тензора поляризуемости а,, и т. д. Такого рода аддитивность действительно приближенно соблюдается у молекул, не содержащих сопряженных связей (см., например [ ]). В следующем приближении необходимо учитывать взаимодействие связей — скажем, дипольных моментов. На основе экспериментальных данных, относящихся к ограниченной совокупности молекул, строится полуэмпирическая теория, позволяющая вычислить физические постоянные для гораздо более обширной совокупности молекул. [c.272]

Квантовомеханическое выражение для тензора магнитной восприимчивости X может быть получено двумя путями. Один из них основан на определении тензора магнитной восприимчивости уравнениями (XXXV, 8). Именно, если исходное состояние молекулы определяется волновой функцией и состояние молекулы в магнитном поле с напряженностью Н — волновой функцией Ч , то индуцированный полем момент Дц будет [c.449]

Энергия жесткого магнитного диполя в магнитном поле. В дальнейшем нам неоднократно придется рассматривать энергию молекулы в магнитном поле. Здесь мы сделаем несколько общих замечаний по этому вопросу. Энергия деформации молекулы в поле, выражаемая второй суммой в уравнении (XXXV, 28), обычно очень мала. Ее влияние на энергию молекулы в поле приводит только к очень малому смещению уровня энергии и не изменяет его структуры, т. е. не вызывает, например, его расщепления в поле на подуровни. В постоянном поле это дает небольшую, поправку к энергии Ес, которую дальше мы отдельно рассматривать не будем. [c.452]

Волновые функции и энергии спиновых состояний ядер без учета спин-спинового взаимодействия. При малых значениях постоянных спин-спиноЬого взаимодействия и больших напряженностях Я магнитного поля вторая сумма в выражении оператора w, относящаяся к спин-спиновому взаимодействию, мала по сравнению с первой. Пренебрегая пока спин-спиновым взаимодействием, запишем оператор Й для молекулы в магнитном поле в виде [c.465]

Поскольку йо не зависит от спиновых переменных ядер, переменные в операторе Й (XXXVI, 53) разделены и волновая функция Ч " молекулы в магнитном поле может быть найдена в виде произведения функции не зависящей от спиновых переменных ядер, и функции /, зависящей только от этих переменных [c.465]

Метод построения функций /, описывающих возможные спиновые состояния ядер молекулы в магнитном поле, поясним только для случая, когда, в молекуле содержатся только такие ядра со спйном отличным от нуля, для которых квантовое число спина I == /г, например, протоны, ядра, С, и др. [c.466]

Волновые функции и энергии состояний молекулы в магнитном поле при учете спин-спинового взаимодействия ядер. При упомянутых выше предположениях в операторе Я (XXXVI, 50), учитывающем спин-спиновое взаимодействие, леременные разделяются и приближенная функция Ф, описывающая состояние молекулы в магнитном поле, с учетом спинового состояния ядер, может б ыть найдена в виде [c.467]

Если постоянные экранирования и постоянные спин-спинового взаимодействия известны, матричные элементы w f могут быть вычислены, как было указано выше. Тогда решение уравнений (XXXVI, 72) и (XXXVI, 68) для каждой группы функций дает волновые функции F, описывающие разные возможные состояния системы ядер молекулы в магнитном поле, и энергии этих состояний с учетом экранирования ядер (химических сдвигов) и спин-спинового взаимодействия. [c.469]

Если пренебречь пока спин-спиновым взаимодействием, то энергетические уровни молекулы в магнитном поле, зависящие от возможных спиновых состояний ядер молекулы, определяются выражением (XXXVI, 60). Простейшим случаем является такой случай, когда в молекуле имеется только одно ядро с квантовым числом спина I отличным от нуля и равным 7г (например, один протон). Это имеет место, например, в молекулах и в которых [c.477]

В этом случае молекула в магнитном поле может иметь два состояния, различающиеся только ориентацией спина протона. Волновые функции и энергии этих состояний даются формулами (XXXVI, 61) и (XXXVI, 62). Можно показать, что общее правило отбора в этом случае дает [c.477]

Рассмотрим сначала случай, когда ё молекуле имеется только одна группа из Ка эквивалентных ядер, которую обозначим как группу А. Константа экранирования а одинакова для каждого из эквивалентных ядер. Энергия возможных состояний молекулы в магнитном поле с учетом спин-спинового взаимодействия ядер согласно уравнению (XXXVI, 75) будет [c.482]

На—основании выражения (ХХХУП, 29) энергия молекулы. в магнитном поле в рассматриваемом случае может бьггь записана в виде [c.483]

Представление о характере статистически упорядоченного движения электронов в объеме молекулы можно составить, исходя из теории кольцевых токов, выдвинутой для объяснения спектров ЯМР [1]. В соответствии с этой теорией введение молекулы в магнитное поле повьшхает упорядо- [c.316]

В результате быстрого вращения молекул. Например, химический сдвиг протона в бензоле должен очень сильно зависеть от ориентации молекулы в магнитном поле. Однако, поскольку эта зависимость не имеет значения для газовой или жидкой фазы вследствие указанного выше усреднения, все протоны бензола поглощают на одной и той же частоте. В системах, где молекулы не могут вращаться достаточно быстро и не происходит усреднения спектра, важную роль приобретает спин-спиновое взаимодействие особого типа. (Вследствие этого в очень вязких жидкостях наблюдается уширение линий.) Оно представляет собой прямое взаимодействие через пространство магнитных моментов ( диполей ) ядер. Такое дипольное взаимодействие зависит от угла между прямой, соединяющей ядра, и направлением магнитного поля и в жидкостях и газах в результате усреднения обращается в нуль. Константы дипольного взаимодействия Dij убывают с расстоянием обратно пропорционально г а (где Гг, —расстояние между ядрами i и /), и, следовательно, эта зависимость может быть использована для точного измерения межъядерных расстояний. Например, дипольное взаимодействие в бензоле, по данным работы [57], характеризуется следующими константами Оорто — -639,45 Гц, —123,06 Гц и Dnapa = [c.337]

Пример такой молекулы являет собой бензол. Конечно, надо иметь в виду, что вероятность течения потока я-элек-тронов в одном направлении равна вероятности течения в противоположном направлении. В обычных условиях л-электронный ток никак себя не обнаруживает. Но, помещая молекулу в магнитное поле, можно облегчить движение электронов в одном направлении и затруднить их [c.83]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология