Механический момент ядер (спин ядер)

Атомные ядра, в которых сумма протонов и нейтронов представляет собой нечетное число, обладают механическим импульсом вращения (спин ядра) и благодаря этому магнитным моментом. Такие ядра ведут себя как маленькие магнитики. Известными примерами таких ядер являются нуклиды Н, и В дальнейшем мы будем говорить исключительно о Н-ЯМР-спектроскопии (ПМР-спектроско-ния), однако сказанное можно перенести и на другие ядра. [c.37]

Для наиболее долго живущего изотопа технеция Тс опытным путем были определены спин и магнитный момент ядра. Спин Тс Л = /а. Наличие магнитного момента ядра тесно связано с наличием спина уже потому, что всякая заряженная частица, обладающая механическим моментом, должна иметь и магнитный момент. Отметим к тому же, что нейтрон, хотя он и не заряжен, также обладает определенным магнитным моментом. [c.114]

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В основе метода ЯМР лежит поглощение электромагнитных волн в радиочастотном диапазоне ядрами, обладающими механическим моментом или спином, а следовательно, магнитным моментом. К их числу относятся ядра, которые имеют четное массовое число и нечетный атомный номер, а также ядра с нечетным массовым числом и четным или нечетным атомным номером. Под действием электромагнитного излучения с определенной частотой в таких системах могут происходить различные переориентации ядерных спинов, которые сопровождаются поглощением или излучением энергии. В результате изучения зависимости величины поглощения от частоты излучения можно получить спектр ЯМР. [c.124]

Как и спин электрона (см. стр, 37), спин другой элементарной частицы или атомного ядра означает собственный механический момент количества движения их (см. Курс физики). [c.90]

Основная задача ядерного магнитного резонанса заключается в рассмотрении поведения ядерного спина, обладающего механическим (/Л) и магнитным ([ . = уЬ1) моментами в однородном магнитном поле. Здесь / — спин ядра у — гиромагнитное отношение, постоянное для каждого типа ядер й — постоянная Планка. [c.53]

Ядерный магнитный резонанс наблюдают в соединениях, молекулы которых имеют ядра, обладающие не только массой и зарядом, но и собственным механическим моментом (моментом количества движения), называемым спином. Наличие спина приводит к существованию собственного магнитного момента ядра, который проявляется лишь в специальных физических экспериментах. К таким ядрам относятся ядра водорода (протоны Н), изотопов азота, фтора ( К, Р), углерода ( С), кислорода ( О) и др. Для характеристики химического строения веществ, в том числе и полимеров, используют ЯМР высокого разрешения на ядрах Н, С, Р, С1 [7]. Наиболее ши- [c.251]

Однако этот скептицизм несостоятелен. Кроме энергии есть другая величина, имеющая для химии фундаментальное значение— механический угловой момент количества движения (спин) электронов и ядер реагирующих частиц. Энергия и спин — две фундаментальные физические характеристики, которые управляют химической реакцией разрешают или запрещают ее. Любая частица, обладающая спином, имеет магнитный момент, величина и направление которого однозначно связаны с величиной и направлением спина. Электроны и ядра, обладающие спином, имеют также магнитный момент и становятся элементарными магнитиками, поведение некоторых чувствительно к магнитным взаимодействиям. И хотя их вклад в энергетику пренебрежимо мал, они управляют спином электронов и ядер и потому оказывают сильное влияние на химические реакции. [c.7]

Метод ЯМР основан на взаимодействии магнитной компоненты электромагнитного поля с магнитными моментами атомных ядер. Установлено, что некоторые (но не все ) атомные ядра обладают собственным моментом количества движения (спином). В макромире механической моделью ядра можно считать вращающийся шарик, который имеет положительный заряд, распределенный по объему или по поверхности. Его вращение вызовет круговой электрический ток, и, как следствие,-магнитное поле, направленное вдоль оси вращения. Эта простейшая механическая модель позволяет понять, почему все ядра, имеющие спин, обладают магнитными свойствами, которые количественно характеризуются м нитным моментом ядра. Магнитный момент ядра ц и его спин являются коллинеарными векторами в пространстве длины двух векторов связаны соотношением [c.277]

Этим, однако, исчерпываются даже отдаленные аналогии в свойствах ядер и макрообъектов, и дальнейшее описание требует привлечения квантово-механических представлений. В отличие от макрообъекта (например, волчка), угол прецессии магнитного момента 0 (см. рис. 5.1) имеет строго определенные значения, а именно такие, чтобы проекция спина ядра на направление постоянного магнитного поля Hq имела только целые или полуцелые значения величины /г/2тс [c.278]

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]

Состояние электрона в атоме характеризуется также четвертым квантовым числом — спином. Наряду с вращением вокруг ядра электрон вращается вокруг собственной оси. Это вращение создает соответствующее магнитное поле и сообщает электрону магнитный и механический моменты. Последний и характеризуется величиной, получившей название спина. Спин электрона может иметь только два значения , +, А и — Д. [c.37]

У — гиромагнитное отношение — отношение ядерного маг нитного момента к механическому I — спин ядра [c.203]

Спин ядра. Механический момент ядра—спин измеря я в /(и равен / /(/ - - 1) Л, где Л — постоянная Планка, а / — спиновое ядерное квантовое число, могущее принимать целые или полуцелые значения 0 1/2 1 3/2 и т. д. Ядра- с четными А всегда имеют целочисленный спин (О, 1, 2., .), ядра с нечетными /4 —-полуцелый (1/2, 3/2, 5/2. ..). [c.714]

Другой важной квантовой характеристикой состояния ядра является спин I, отражающий его полный момент количества движения У (У = /г1, к — постоянная Планка), слагающийся из моментов количества движения входящих в него нуклонов. Последние в свою очередь складываются из собственных моментов количества движения протонов или нейтронов (спин которых равен, как известно, 1/2) и орбитальных моментов, обусловленных движением нуклонов относительно общего центра инерции ядра. В основном состоянии полные механические моменты большинства нуклонов в ядре [c.22]

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]

Что такое спин Дословный перевод значения этого слова с английского — волчок. При вращении электронов вокруг ядра они еще и вращаются вокруг собственной оси, создавая определенный магнитный и механический моменты. Последний и определяет спин электрона. Если при поглощении кванта света электрон переходит на более высокий уровень, сохраняя знак спина, то он довольно быстро может упасть обратно. Время жизни электронного возбужденного состояния в этом случае будет зависеть от химического строения молекулы. В насыщенных молекулах с одинарными ковалентными связями для возбуждения электронов тре1буются кванты с высокой энергией (жесткий ультрафиолет или рентгеновские лучи). Время жизни электронного возбужденного состояния у них очень мало, порядка сек. [c.139]

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]

Представление о том, что спин частицы — это механический угловой момент вращения ее вокруг собственной оси, очень удобно и наглядно, но ошибочно. Если принять, что электрон — вращающийся шар, и из его спина рассчитать линейную скорость точек на поверхности шара, то она во много раз будет превосходить скорость света, а это, конечно, неверно. Тем не менее модель вращающегося электрона (или ядра) можно для наглядности использовать, не забывая о ее условности. [c.9]

Ядра некоторых изотопов обладают механическим угловым моментом (спином). Величина этого момента зависит от ядерного спинового числа /, которое может принимать значения О, 7г> 1, 7г, Б зависимости от типа ядра. Спиновое число / связано с массовым и атомным числами следующим образом [c.69]

Значения измеренных до настоящего времени квадрупольных моментов находятся в пределах от —1,5 (а<Ь, т. е. ядро сплющено в направлении оси спина) до-Ь 18-10 24 . 2 ( а>Ь), Ядра со спином 1=0 или обладают сферически симметричным распределением положительного заряда. В частности, квадру-польные моменты всех четно-четных ядер (А и Е четные), состоящих из четного числа протонов и четного числа нейтронов, равны нулю, так же как их магнитные и механические (спиновые) моменты. При / 1 распределение заряда в ядре оказывается не столь правильным на поверхности ядра имеются области как повышенной, так и пониженной плотности заряда. [c.18]

Ядра ряда изотопов элементов имеют собственный механический спин, что вследствие наличия заряда ядра приводит к магнитному моменту [c.325]

У/Создание электронной теории явилось важной вехой в дальнейшем развитии периодической системы химических элементов Менделеева. Было найдено, что атомы разных элементов отличаются друг от друга массой, числом электронов и зарядом ядра.-Дальнейшие открытия показали, что электрон имеет помимо массы и заряда еще новые свойства — механический и магнитный моменты, спин. [c.364]

Основная особенность спектров электронного поглощения состоит в том, что они содержат информацию, насколько жестко удерживаются электроны у ядер или между ядрами и какая энергия необходима для перевода электронов с нижней на верхние орбитали. Однако не каждый из мысленно возможных переходов осуществим на практике, и причины этого заключаются в следующем. Некоторые из верхних электронных состояний могут требовать, чтобы находящиеся на них электроны имели параллельные спины такие состояния называют триплетными в отличие от состояний со спаренными спинами — синглетных. Общее правило гласит, что если при поглощении света должен произойти переход электрона из состояния, где его спин был противоположен спину другого электрона, в возбужденное трип-летное состояние, т. е. должно произойти трудно реализуемое обращение спина, то такое поглощение запрещено (а если и наблюдается, то оно очень слабое), а электронные переходы такого рода называют спин-запрещенными. Следствием этого правила является то, что число полос в спектре поглощения меньше, чем число возможных теоретически энергетических изменений в молекуле. Второе ограничение в отношении поглощения света связано с тем, что если электронный переход не сопровождается изменением симметрии орбитали, а следовательно, и изменением динольного момента молекулы, то не будет наблюдаться явно выраженного поглощения света. Это связано с тем, что электромагнитное излучение не взаимодействует с системой, если только механические перемещения частиц не сопровождаются периодическими изменениями электромагнитного поля вокруг них. Это обстоятельство также ограничивает число полос в спектре и помогает объяснить, почему наблюдаемые спектры несравненно проще, чем те, которые можно было бы вывести, рассматривая все громадное множество возбужденных состояний, теоретически возможных для молекулы. [c.151]

Относительный атомный вес1 единственного стабильного изотопа фосфора бР, отнесенный к массе изотопа "С, принятой равной 12, имеет величину 30,9738. Из того, что наиболее близким к физическому атомному весу целым числом является массовое число Л =31, можно заключить — ядро этого изотопа фосфора содержит число протонов 2=15 и число нейтронов А — 2= 16. Так как число нуклонов является нечетным, ядро обладает механическим моментом, или спином , равным 1/2 (/г/2л). Электронная структура соединений, в состав которых входят элементы, обладающие подобными характеристиками ядра и имеющие лишь один устойчивый изотоп, наиболее легко поддается интерпретации при по.мощн спектров ЯМР. Подобным исследованиям поддаются и соединения тех элементов, которые, как, например, водород, хотя и имеют два стабильных изотопа, но содержат в сильно преобладающем количественном соотношении изотоп с нечетным числом нуклонов. Если не считать водорода, то из остальных элементов, химия которых относительно сложна и имеет достаточно явно выраженные родственные связи с органической химией, только фтор и фосфор удовлетворяют по у1янутым выше требованиям. [c.30]

Наблюдения над молекулярным спектром азота Ni — Ni с несомненностью показывают, что механический момент ядра азота / =1 и что ядра азота подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна. Вместе с тем ядро азота, имея зарядовый номер Z = 7 и массовый номер Ж =14, состоит из нечетного (21) числа частиц, и должно было бы обладать полуцелым моментом / и подчиняться статистике Ферми — Дирака. Отсюда остается допустить, что электроны вообще теряют свои свойства внутри ядер, — не только присущий им магнитный момент (который вообще не сохраняется), но и спин, и способность влиять на статистику, которой подчиняется сложная частица. [c.580]

Ядра, обладающие высшей сферической симметрией, содержащие четное число нейтронов и протонов, характеризуются механическим моментом, равным 0. Для таких ядер магнитный ( д.) и квадрупольный (Q) моменты завны 0. Ядра, спин которых не равен нулю, обладают магнитным моментом. Лоследний измеряется в особых единицах — ядерных магнетонах. Один ядерный магнетон равен 0,505038 10дж/тл [c.47]

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) представляет собой явление, обусловленное резонансными переходами между уровнями магнитной энергии атомных ядер во внешнем поле. Основные сведения о ядерном магнитном резонансе изложены в ряде монографий [1—5] и обзоров [6— 10]. Напомним лишь наиболее важные из них. Известно, что ядра многих изотопов обладают не только массой и зарядом, но и собственным механическим моментом (моментом количества движения). Собственный момент количества движения ядер называется спином. Наличие спина у ядра приводит к существованию у него собственного магнитного момента. В дальнейшем мы будем говорить в основном о ядрах атома водорода — протонах. Со бственный магнитный момент (Протона очень мал по сравнению с собственным магнитным моментом электрона и проявляется лишь в специальных физических экспериментах. [c.205]

В основе явления ЯМР лежит избирательное (резонансное) поглощение энергии переменного электромагнитного поля системой ядерных моментов вещества, помещенного в постоянное магнитное поле. Во внешнем магнитном поле магнитный момент ядра, связанный с его механическим моментом —спином, квантуется, т. е. может принимать лишь вполне определенные ориентации. Эти ориентации отвечают ряду дискретных энергетических уровней. Условие резонансного поглощения состоит в совпадении частоты / переменпо-го электромагнитного поля с частотой кванта энергии, соответствующего переходу ядерного магнитного момента с одного энергетического уровня на другой. Для изолированного ( голого ) ядра это условие записывается в виде [c.375]

В качестве простейшего примера выберем ядро водорода — протон. Протон обладает собственным механическим моментом спином 8 и соответствующим собственным магаитным моментом т. Другами словами, протон можно рассматривать, как маленький магнит с северным и южным полюсами. Магнитный момент протона пропорционален его механическому моменту, и их отношение ( гиромагнитное отношение ) s/m, обозначаемое обычно 7, является размерной константой. Значение ядерного магнитного момента протона в определенных единицах (точное значение для нас не важно) равно V2 (так называемое спиновое квантовое число). В магнитном поле т и, соответственно, s могут иметь различные проекции на выбранную ось координат, например, тп и s . Эти величины также квантуются и для протона могут иметь только следующие значения т, = s/t = % г = /2- [c.45]

Детальное исследование структуры спектральных линий показало, что одного движения электрона вокруг ядра недостаточно для объяснения мультипле тной (сложной) структуры линий, и поэтому оказалось необходимым ввести понятие спина, или собственного механического момента электрона, который является как бы результатом вращения электрона вокруг собственной оси. [c.12]

Кроме механических моментов ядер (ядерных спинов) и магнитных моментов, характеристикой ядерных свойств служат и электрические моменты ядер. Как известно, простейшей системой, которая может быть образована электрическими зарядами, является так называемый диполь, состоящий из двух зарядов разного знака (- - и —, -)- и 0), расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Свойства диполя определяются величиной дипольного момента, равного произведению заряда е на расстояние между зарядами г. В ядрах существуют частицы с положительным (протоны) и нейтральным (нейтроны) зарядами, поэтому ядра могли бы обладать дипольными моментами. Однако, как показали опыты, дипольные моменты ядер в нормальных, невозбуждённых состояниях равняются нулю. Это означает, что расстояние между центрами тяжести всех ядерных протонов и всех ядерных нейтронов равняется нулю, т. е. что протоны и нейтроны равномерно перемешаны во всех частях ядра. [c.29]

Ядра некоторых атомов обладают не только электрическим зарядом, но и механическим спином. Такие ядра генерируют магнитное поле, и их можно уподобить крошечным стержневым магнитам с характерными спиновыми и магнитными моментами. Такими свойствами, в частности, обж1дают протоны и - хотя на первый взгляд это может показаться парадоксальным - нейтроны. Дело в том, что нейтрон можно рассматривать как частицу, претерпевающую обратимое превращение в протон и электрон, поэтому неравномерное распределение зарядов во вращающемся нейтроне также порождает магнитное поле. [c.116]

Первая пара скобок у АЯ означает ожидаемую на основе квантово-механических соображений величину lS.H = Н — НцУ, а вторая пара скобок указывает на то, что берется статистическое среднее по частицам системы. Можно считать, что ((АЯ )) является среднеквадратичным магнитным полем, образованным у ядра за счет магнитных моментов окружающих ядер. На рис. 4 представлено несколько силовых линий от магнитного диполя. Компонент этого магнитного поля вдоль направления поля Яо у диполя к, отстоящего на расстоянии г и от диполя /, и при угле Sjft между радиусом-вектором гд и направлением внешнего магнитного поля Яо составляет для ядерного спина I = 7г [c.31]

Ядра некоторых изотопов характеризуются механическим спином, и вращающийся заряд этих ядер создает магнитный момент. При помещении таких ядер в магнитное поле взаимодействие этого ноля с ядерным магнитным динолем приводит к зависимости потенциальной энергии от угла между осью вращения ядра и направлением приложенного магнитного поля. На основе квантовомеханических соображений можно сделать вывод, что разрешенными являются лишь некоторые дискретные энергетические уровни с соответствующими ориентациями оси спина и что поглощение энергии, приводящее к переходу ядер в спиповые состояния с более высокой энергией, может происходить лишь при V = = уНоНя, где V — частота излучения, Н, — наиряженность магнитного поля в гауссах, а у характеристический параметр данного изотопа, известный под названием гиромагнитного отношения. [c.180]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология