Магнитные моменты атомов и молекул

Собственным магнитным моментом атом или молекула обладают в том случае, когда в электронной системе оказывается один или несколько электронов с неспаренным [c.101]

Если атом или молекула имеет один неспаренный электрон, магнитный момент частицы равен магнитному моменту электрона 1= /Т. Измерение парамагнитной восприимчивости позволяет обнаружить свободные радикалы, установить число неспаренных электронов в частице и т. п. Особенно большое значение для подобных исследований приобрел метод спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). [c.43]

Столь различное поведение диа- и парамагнитных веществ обусловлено различным характером их внутренних магнитных полей. Как известно, вращение электронов вокруг оси создает магнитное иоле, характеризуемое спиновым магнитным моментом. Если в веществе магнитные поля электронов взаимно замкнуты (скомпенсированы) и их суммарный момент равен нулю, то вещество является диамагнитным. Если же магнитные поля электронов не скомпенсированы и вещество имеет собственный магнитный момент, то оно является парамагнитным. Так, атом водорода, имеющий один электрон, парамагнитен. Молекула же Нг диамагнитна, так как при образовании [c.187]

Изолированный атом кислорода имеет ц = 2цв, соответствующий двум неспаренным электронам. При образовании молекулы воды НгО неспаренные электроны атома кислорода и двух атомов водорода соединяются в электронные пары, в результате чего )х = 0. Напротив, при соединении двух атомов кислорода образуется молекула Ог, имеющая р = 2,86 цв- Этот факт свидетельствует о наличии у молекулы кислорода двух неспаренных электронов (значение чисто спинового магнитного момента для двух неспаренных электронов равно 2,83ц,в). Согласно методу МО на двух вырожденных л 2р-разрыхляющих орбиталях молекулы О2 находится, в соответствии с правилом Хунда, по одному неспаренному электрону, которые и обусловливают парамагнетизм молекулы кислорода. [c.198]

Величина магнитного момента всех ядер одного изотопа строго одинакова и поэтому на первый взгляд кажется, что в спектре должна присутствовать только одна линия поглощения. На самом деле это не так. Кроме внешнего магнитного поля, в любой молекуле имеются внутренние поля, обусловленные движением электронов. В зависимости от положения, которое занимает данный атом и его ядро в молекуле, оно окажется в определенном внутреннем поле. Поэтому для ядер, находящихся в молекуле в различных положениях, условие резонанса будет наступать при различных значениях внешнего поля в зависимости от того вклада, который вносит в данном месте внутреннее поле. Этот вклад очень мал обычно внутренние поля примерно в миллион раз слабее внешнего. Однако современные спектрометры ядерного магнитного резонанса имеют очень высокую разрешающую способность и дают отдельные линии поглощения для ядер, которым соответствует разница в напряженности внутренних полей, меньшее одной стомиллионной доли от напряженности внешнего поля. [c.343]

Магнитные свойства зависят от собственных магнитных моментов ядерных нуклонов и электронов. Так как магнитные моменты протонов и нейтронов меньше магнитного момента электрона примерно в тысячу раз, то магнитные моменты атомов в основном определяются суммарным моментом электронов в атоме. Если моменты всех электронов в атоме взаимно компенсируются друг с другом, т. е. если суммарный момент будет равен нулю, то атом (или молекула) будет диамагнетиком, а если он отличен от нуля, то парамагнетиком. [c.101]

Вещества, в которых магнитные ядра достаточно удалены друг от друга или имеют малые магнитные моменты, должны иметь большое время релаксации, так как Г] сильно зависит от ц и г. Иллюстрацией этого положения может быть резонанс на ядрах С (при их естественном содержании 1%) в неопентане в большинстве молекул центральный атом углерода будет связан с немагнитными ядрами С и в связи с этим будет экранирован от магнитных ядер — протонов, входящих в метильные группы. [c.63]

Если векторная сумма орбитальных магнитных моментов всех электронов атома (молекулы) не равна нулю, то атом (молекула) в целом обладает некоторым магнитным моментом Лу,. Такие атомы (молекулы) называются парамагнитными, а состоящие из них вещества парамагнетиками. [c.298]

В котором х — величина дипольного магнитного момента в расчете на один атом или молекулу. [c.125]

С другой стороны, р-электроны атомов и соответствующие тг-электроны молекул, имеющие квантовое число 1=1, обладают и орбитальными и спиновыми моментами. Но результирующий магнитный момент равен нулю не только у систем с двумя 5 - и шестью /1-электронами, образующими нормальный стабильный октет, как в структурах инертных газов, но также у систем с двумя 5- и двумя р-электронами, которые в спектроскопии обозначаются как зРо. Такие системы имеются у атомов углерода, олова и свинца. С другой стороны, системы, содержащие четыре р-электрона, как в атомах кислорода и серы, могут обладать результирующим моментом. Одно из нормальных спектроскопических состояний атома кислорода, а именно, состояние Рг соответствует атому, имеющему магнитный момент. С химической точки зрения существенно, что те атомы и молекулы, которые содержат нечетное число электронов, имеют некомпенсированный электронный спин и поэтому должны обладать результирующим магнитным моментом. Возможные значения магнитного момента любой такой системы строго ограничены они определяются квантовыми законами. Резонансные взаимодействия между электронными группами и обменная энергия образования связей не влияют на эти значения. Как будет показано на стр. 34-41, только те вещества, которые обладают постоянными магнитными моментами, обнаруживают парамагнитные свойства. Поэтому для всех органических соединений и других производ- ных легких элементов парамагнетизм можно рассматривать как физическое свойство, являющееся индикатором на свободные [c.30]

Атомные ядра, обладающие собственным магнитным моментом, в постоянном магнитном поле прецессируют вокруг направления приложенного поля. Частота прецессии зависит от ядерного магнитного момента, напряженности поля и спинового квантового числа ядра. Идентичные атомы в химически различных молекулах не прецессируют с одинаковой частотой, даже если они помещены в одно и то же внешнее поле. Этот эффект, наблюдающийся при большом разрешении, связан с тем, что валентные силы, действующие на атом, различны в разных молекулах, т. е. зависят от величины и симметрии поля окружающих атомов. Следствием этого является различная степень магнитного экранирования атомов, приводящая к сдвигу резонансной частоты в зависимости от химического окружения — так называемому химическому сдвигу. Методом химического сдвига было подтверждено, например, что молекула этилового спирта содержит три различных вида атомов водорода три [c.102]

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]

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]

В соответствии с принципом Паули эти два электрона имеют противоположные спины. Вследствие этого гелий диамагнитен спиновые магнитные моменты двух электронов компенсируют друг друга Как показал детальный анализ з, для образования прочной связи необходимо, чтобы спины двух электронов были антипараллельными. Молекула водорода диамагнитна, как атом гелия. Два атома водорода приближающиеся друг к другу, могут образовать стабильную молекулу в том случае, если два электрона имеют противоположные спины. Если спины параллельны, то атомы будут отталкиваться друг от друга энергия взаимодействия двух атомов изображена ка рис, 7 верхней сплошной кривой. Обычно принято называть два электрона с противоположными спинами спаренными, если они занимают одну и ту же орбиту в атоме или участвуют в образовании связи. [c.31]

Единственным изотопом фтора, существующим в природе, является Р Этот изотоп имеет ядерный спин, равный и ядерный магнитный момент л = 2,6273 ядерных магнетона, приводящий к частоте ядерного магнитного резонанса v = 60 Мгц в магнитном поле напряженностью 15 Кгс. Это весьма сходно с поведением протона, у которого s = /2, jx = 2,79270 ядерных магнетона и v = = 60 Мгц при напряженности поля около 14 Кгс. Поэтому по важности за протонным магнитным резонансом идет использование ЯМР F для получения сведений о строении и скоростях реакций соединений фтора (см. стр. 168—170). Природные изотопы хлора — С1 (75,4 ат.%) и СР (24,6 ат.%). Оба изотопа имеют ядерные спины, но их спектры ЯМР используются сравнительно мало, хотя тот факт, что оба эти изотопа имеют ядерные квадрупольные моменты (ядерный квадрупольный момент фтора F равен нулю), служит для получения данных о распределении зарядов в молекулах. Так, например, величина ядерного квадрупольного взаимодействия в I I интерпретирована как указание на большой вклад структуры I+ 1 . Бром встречается в природе в виде Вг (49,4 ат.%) и Br i (50,6 ат.%), а иод на 100% состоит из [c.321]

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]

Если атод содержит нечетное число электронов, то один из них должен остаться неспаренным (нечетный электрон), а его магнитный момент останется нескомпенсированным. Это и придает магнитный момент атому или молекуле, о которых идет речь. Поэтому все свободные радикалы парамагнитны. [c.63]

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]

Каждый атом окружен электронами. В магнитном поле за счет взаимодействия электронного облака молекулы с полем возникает диамагнитный момент и как результат - локальное магнитное поле вокруг ядра. Поскольку индуцированные токи прямо пропорциональны плотности магнитного потока Д), то локальный магнитный поток Дюк = Д)(1 - сг), где а - безразмерная постоянная экранирования, зависящая от локального электронного окружения. Она меняется от 10" для протона до 10"2 для тяжелого атома. Из-за э1фанирования одно и то же ядро атома, обладающее магнитным моментом, поглощает электромагнитные волны при разной напряженности магнитного поля в зависимости от своего ближайшего окружения, т. е. имеет место так называемый химический сдвиг полосы поглощения. Он зависит от той группы атомов, в которую входит данный атом. Например, в этаноле протоны групп СНз, СН2 и ОН поглощают при разных значениях внешнего магнитного поля. Таким образом, ЯМР-спекгр каждого соединения отражает его структурные особенности. [c.200]

Спиновое взаимодействие между протонами обусловливает магнитную поляризацию промежуточного электронного облака, как это указывалось на стр. 289. Взаимодействие между протонами и электронами может происходить по различным механизмам (Рамзей [52]) с участием магнитных моментов, связанных как с орбитальным движением электронов, так и с электронным спином, но, по-видимому, только один из этих факторов является достаточно существенным для объяснения наблюдаемой величины взаимодействия. Речь идет о влиянии электронного спина, известного под названием фермиевского или контактного взаимодействия, поскольку оно зависит от плотностей электронных спинов у про.тонов. Величина константы связи может быть вычислена методом возмущений второго порядка [52], согласно которому возбужденные триплетные состояния вводятся в волновую функцию молекулярных электронов, или путем дальнейщего приближения, для чего средняя величина энергии возбуждения берется непосредственно из волновой функции основного состояния. Именно так сделал Рамзей в случае молекулярного водорода, использовав функцию Джемса — Кулиджа. Было использовано произведение атомных орбит по Гейтлер-Лондону [33] Карплус и сотр. [61, 62, 119] рассчитали приближенным методом величины ряда валентных связей. Эти данные позволили получить теоретическое значение константы связи в метане, равное 10,4 1,0 гц константа связи, определенная по расщеплению спектра H3D, составляет 12,4 1,6 гц. Кроме того, предсказано, что константа связи J между протонами внутри метиленовой группировки [61]является чувствительной функцией угла связи Н—С—Н зависимость такова, что J уменьшается от величины примерно 20 гц при валентном угле 105° до нуля с расщирением угла примерно до 125° при более щироких углах можно ожидать появления небольших отрицательных значений J. Число молекул, для которых точно известен валентный угол Н—С—Н, весьма ограниченно в тех случаях, когда эти углы известны, экспериментальные данные согласуются с вычисленной кривой. В частности, в отнощении двух геминальных водородов в винилиденовой груп--пе>С = СН2 можно предсказать, что они взаимодействуют очень слабо (7 S1 гц), так как центральный атом углерода является- хр -гибридизованным, а угол Н—С—Н велик константы связи поэтому малы, что согласуется с экспериментальными данными. [c.307]

Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) [199—203] обусловлен индуцированными переходами между зеемановски-ми уровнями энергии парамагнитной частицы (электрона, атома или молекулы), находящейся во внешнем постоянном магнитном поле. Атом или молекула, несущие неспаренный электрон, имеют магнитный момент р, в том случае, если отличен от нуля их угловой момент I, который складывается из собственного углового момента электрона (спина) 5 и орбиталь- [c.278]

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]

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]

Диамагнетизм присущ всем видам вещества. В любом веществе либо все электроны, либо по крайней мере некоторая их часть находится на замкнутых оболочках. Спиновый и орбитальный моменты электронов на замкнутых оболочках всегда скомпенсированы таким образом, что их суммарный магнитный момент равен нулю. Однако если такой атом или молекулу поместить во внешнее магнитное поле, то появляется небольшой магнитный ьюмент, величина которого пропорциональна напряженности поля. Электронные спины никакого отношения не и.меют к этому индуцированному моменту электроны с антипараллельными спинами на замкнутых оболочках остаются тесно связанными в пары. Однако под действием магнитного поля электрическое облако слегка деформируется, так что возникает некоторый результирующий орбитальный момент, направленный противоположно наложенному полю. За счет этого противоположного направления диамагнитные вещества выталкиваются из магнитного поля. [c.23]

Механизм связывания кислорода молекулами гема не совсем ясен. Молекулы гема как бы спрятаны в складках белковой молекулы и экранированы ее гидрофобными участками. Гем, лишенный такой заш,иты, чрезвычайно легко окисляется воздухом в соответствующий комплекс Fe , и гемоглобин теряет свою уникальную способность к обратимому связыванию кислорода. По-видимому, молекула кислорода присоединяется сбоку , как в 021г(РРЬз)2-( O) l( M. стр. 457). Имеются доказательства того, что присоединение молекулы кислорода сопровождается разрывом одной связи железо — имидазол. Но если это так, то атом железа должен стать формально четырехвалентным с координационным числом 8 (29.Д. IV) молекула кислорода при этом должна располагаться ниже плоскости. Присоединение дюлекулы кислорода сопровождается резким изменением магнитных свойств системы гемоглобин имеет магнитный момент 5,4 [Хв, что соответствует высокоспиновому комплексу, а оксигемоглобин диамагнитен. Причина заключается, по-видимому, в том, что в образующейся системе с координационным числом 8 энергия d-орбиталей значительно понижается. [c.269]

Если у электронов одинаковы три квантовых числа п, I и т/, то они находятся на одной атомной орбитали. На вей могут размещаться лишь два электрона, у которых спины имеют различные значения (т8=-Ы/2 и 5 =—1/2). Их магнитные мод1енты направлены противоположио и взаимно компенсируют друг друга. Электрон, которому нельзя противопоставить другой электрон с противоположным спином, дает вклад в магнитный момент атома или молекулы, в состав которой атом входит. [c.58]

Атом металла окружен 4 атомами кислорода из двух ацетил-ацетонатных группировок и двумя молекулами воды, дополняющими координационный многогранник до неправильного октаэдра. В молекуле найдено 4 эквивалентных межатомных расстояния Со—О 2,05—2,06 А и два более длинных расстояния Со—О (Н20)2,23 а. Остальные межатомные расстояния и валентные углы в молекуле С—О 1,27—1,28, С—С 1,41—1,43, С—СНз 1,47—1,49 А О—Со—О 87—92°. Соединение обладает магнитным моментом 4,90 (Хв и, подобно ацетилацетонату железа, представляет собой комплекс с высоким спином. Боль- [c.37]

Аналогичные эффекты существуют и в ЭПР. Например, даже для электрона в атоме водорода резонансная частота не равна точно теоретическому значению hv = 2,00232рЯ, соответствующему свободному электрону. В ЯМР обычно выбирают линию, для которой Як является только свойством самих ядер, а любые поправки к зее-мановской энергии интерпретируются как эффекты экранирования [аналогично тому, как рассуждали при выводе выражения (53)[. Однако в ЭПР-спектроскопии изменения резонансной частоты описывают с учетом того, что эффективный магнитный момент электрона может изменяться, так что значение д не является постоянным, а изменяется от атома к атому или от молекулы к молекуле. Энергию Зеемана всегда записывают в виде (Шо = гРН -5, но значение д отличается от чисто спинового значения свободного электрона (2,002322) вследствие спин-орбитального взаимодействия, которое придает неспаренному электрону небольшой орбитальный угловой момент и изменяет эффективный магнитный момент. [c.41]

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]

В присутствии воды или спиртов взаимодействие Ni( 0)4 и N0 идет иначе, а именно с образованием голубых соединений общей формулы Ni(NO)(OR)n(OH)a-n, где R — органический радикал. Соединения эти имеют структуру тетраэдра с атомом никеля около центра. Для Ni(N0)(0H)3 найден эффективный магнитный момент 2,97, что соответствует двум непарным электронам на атом никеля (ср. рис. XIV-20). Вместе с тем характерное для валентной связи в окиси азота волновое число оказалось равным 1828 см что говорит в пользу положительного заряда на этой молекуле. И то и другое BMe te указывает на двухвалентность никеля в рассматриваемых соединениях. [c.148]