Моменты ядер

Рис. 89. Расщепление энергетических Рнс. 90. Прецессия магнитного момента состояний протона при взаимодейст- х вокруг направления постоянного маг-вии внешнего магнитного поля Яо нитного поля Яо (а) и прецессия ансамбля магнитных моментов ядер с /= /2 (б)

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Много общего с ЭПР имеет явление резонансного поглощения электромагнитной энергии, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер, — ядерный магнитный резонанс. Явление это наблюдается на ядрах далеко не всех атомов. Ядра с четными числами протонов и нейтронов имеют спин / = О и, следовательно, не магнитны. Обычно ЯМР исследуют на ядрах Н , Р и спин которых / = /г. Магнитное квантовое число спина гП] в этом случае принимает два значения пц = Ч- /а и пц = —1/а. Этому отвечают в статическом магнитном поле две ориентации магнитного момента ядра— в направлении поля (т/ = = 1/2) и в противоположном (т/ — — /2), различающиеся по энергии на величину АЕ. При наложении слабого радиочастотного поля, перпендикулярного статическому, происходит резонансное поглощение, приводящее к переориентации спинов при частоте, определяемой условием резонанса V = АЕ/к. Обычно в поле порядка 10 ООО Э ([10 /4я]А/м) ЯМР наблюдается на частоте ч =42,57 мГц. Частота резонанса для ЯМР во столько же раз меньше частоты ЭПР (при одном и том же Н), во сколько раз масса ядра больше массы электрона. (Соответственно ядерный магнитный момент меньше электронного магнитного момента.) [c.149]

СВЕРХТОНКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ, ОБУСЛОВЛЕННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОНОВ С МАГНИТНЫМИ МОМЕНТАМИ ЯДЕР ЛИГАНДА [c.231]

Сверхтонкая структура (СТС) возникает в спектрах ЭПР вследствие взаимодействия магнитного момента неспаренного электрона с магнитными моментами ядер, которые охватываются орбитальЮ электрона. [c.238]

За сигнал электронного резонанса в исследуемом веществе ответственны парамагнитные частицы. Это уже само по себе является цеНной информацией, тем более, что экспериментальные методы позволяют обнаружить и измерять весьма малое количество парамагнитных частиц (до 10 ). Исследование формы и структуры резонансной линии (особенно сверхтонкой структуры, вызванной взаимодействием магнитного момента неспаренного электрона с магнитными моментами ядер), а также измерение величины -фактора позволяет детально изучать свойства и строение самих парамагнитных частиц. [c.276]

Ядерный магнитный резонанс. Ядра атомов обладают механическим моментом количества движения. Благодаря наличию заряда в ядре это вращение вызывает появление магнитного момента отношение магнитного момента к механическому называется гиромагнитным отношением. Ядра, имеющие магнитный момент, ведут себя в магнитном поле аналогично маленьким магнитам, и, следовательно, при этом должно происходить расщепление энергетических уровней. Магнитные моменты ядер невелики, они гораздо меньше магнитных моментов электронов. У водорода (протона) и фтора магнитные моменты ядер больше, чем у других элементов, и поэтому исследования ЯМР часто проводят, изучая поведение ядер водорода или фтора в различных соединениях. Явление ядерного магнитного резонанса позволило сделать очень важные выводы относительно структуры молекул, взаимного влияния атомов в молекуле, действия растворителя на растворенное вещество и т. д. Этот метод относится к самым тонким средствам исследования структуры молекул. [c.65]

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]

Магнитный момент у атомов или молекул может быть обусловлен круговыми токами в электронной оболочке и неспаренным электронным спином. Вещества, которые обладают магнитными моментами такого рода, называются парамагнитными. В молекулах различных веществ, в том числе в большинстве полимеров, электронный парамагнитный момент скомпенсирован. Такие вещества называются диамагнитными. Однако атомные ядра, например водорода и фтора, обладают собственными магнитными моментами, связанными с их спинами. Поэтому в диамагнитных веществах поглощение энергии электромагнитного поля может осуществиться только магнитными моментами ядер. Магнитные моменты атомных электронов на три порядка больше, чем ядерные магнитные моменты, поэтому резонансные частоты при магнитном резонансе па электронах значительно выше, чем резонансные частоты на ядрах, что определяет для этих методов различие радиотехнических схем. [c.211]

В высококачественных приборах при изучении полимеров неоднородностью внешнего магнитного поля можно пренебречь по сравнению с локальным полем, создаваемым соседними магнитными моментами ядер. Энергия взаимодействия магнитных моментов разных ядер зависит от их взаимной ориентации и расстояния между ними, поэтому локальное поле определяется строением вещества. Так как энергия магнитного взаимодействия убывает пропорционально 6-й степени расстояния, локальное поле определяется в основном ближайшим окружением. [c.214]

Интенсивное молекулярное движение, которое имеет место в газах и низкомолекулярных жидкостях, практически полностью усредняет дипольное взаимодействие магнитных моментов ядер при этом форма сигнала ЯМР определяется уже другими факторами, в основном взаимодействием электрических токов, возникающих при движении электронов в молекулах. Магнитное поле электронных токов приводит к тому, что каждое ядро находится в некотором поле Я, несколько отличном от Яо- Ядра, у которых электронное [c.216]

Каков же механизм спин-спинового взаимодействия через электроны химической связи Упрощенно его можно представить так. Электроны атомов водорода и дейтерия в молекуле стремятся сориентироваться таким образом, чтобы система спинов имела возможно меньшую энергию. Это будет в том случае, если векторы магнитных моментов электронов будут антипараллельны векторам магнитных моментов ближайших к ним ядер. Кроме того, оба электрона, образующие ковалентную связь, стремятся сориентировать свои спины, а следовательно, и векторы магнитных моментов, также антипараллельно. В результате этого два вектора магнитных моментов ядер в молекуле Н—О стремятся расположиться антипараллельно. Образно говоря, вследствие непрямого спин-спинового взаимодействия каждое из ядер знает , в каком спиновом состоянии находится другое магнитное ядро, причем передатчиком информации служат связующие электроны. Именно поэтому спиновая плотность электрона, обеспечивающего такую связь ядер, должна отличаться от нуля, что возможно только в случае электронов, имеющих -характер. [c.79]

Явление магнитного резонансного поглощения не ограничивается только магнитными моментами ядер. Такое поглощение можно [c.227]

В результате протекания химических процессов (полимеризации, химической модификации, структурных изменений под действием у-облучения, в процессах старения) в полимерах возникают радикалы — молекулярные группы, содержащие электроны с нескомпенсированными спинами. Эти группы характеризуются магнитными моментами (спинами электронов), на три порядка большими, чем магнитные моменты ядер. В таких системах наблюдается электронный парамагнитный резонанс, эффективно применяемый для исслед вания химических превращений в полимерах. [c.231]

Сверхтонкая структура спектров ЭПР. В состав радикала часто входят атомы, обладающие ядерным магнитным моментом, например атомы водорода. Магнитный момент неспаренного электрона взаимодействует с магнитными моментами ядер. В результате такого взаимодействия происходит расщепление линий ЭПР-спектра, т. е. появляется так называемая сверхтонкая структура (СТС) спектра ЭПР. Это позволяет по спектру ЭПР идентифицировать структуру свободного радикала. Например, ЭПР-спектр метильного радикала вследствие взаимодействия магнитного момента электрона с тремя эквивалентными ядерными магнитными моментами атомов водорода [c.298]

В реальных веществах ядерный резонанс наблюдается не строго на одной частоте, а в определенном интервале частот, что связано с взаимным влиянием магнитных моментов ядер и орбитальных электронов. Поэтому спектры ЯМР несут в себе информацию не только о свойствах ядер, но и их окружения, т. е. о строении и межатомном (межмолекулярном) взаимодействии в веществе, что и объясняет интерес химиков к этим спектрам. [c.216]

Квадрупольное расщепление АЕ является следующим важным параметром мессбауэровского спектра. Оно определяется как разность между координатами центров тяжести линий дублета (см. рис. X. 2, б) АЕ = Уз —у на шкале скоростей и характеризует взаимодействие электрических квадрупольных моментов ядер с внутрикристаллическими электрическими полями (см. гл. XI, п.2). [c.193]

Парамагнетизм может быть обусловлен следующими основными причинами движением электронов в оболочке атома (орбитальный парамагнетизм), наличием спинового магнитного момента неспаренных электронов (спиновый парамагнетизм) и магнитного момента ядер атомов (ядерный парамагнетизм). Последняя составляющая парамагнетизма примерно и 1000 раз меньше двух первых, и при изучении магнитных свойств химических соединений ее не учитывают. [c.192]

Суммарную энергию, которой обладают молекулы газообразного вещества, можно разделить на поступательную и внутримолекулярную. Последняя складывается из вращательной энергии (вращение молекулы вокруг центра тяжести), колебательной энергии (энергии колебаний атомов и групп атомов в молекуле), электронной (энергия электронного возбуждения), энергии спинов (энергия ориентации магнитных моментов) ядер атомов в электромагнитном поле молекулы и из так называемой нулевой энергии (энергия при 7 = О, состоящая из энергии химической связи и нулевой колебательной энергии). [c.496]

Частицы, обладающие магнитным моментом, не равным нулю, называют парамагнитными. В отсутствие внешнего магнитного поля они ориентированы хаотично и вещество в целом магнитных свойств не проявляет. Однако в магнитном поле они частично разворачиваются по направлению поля, и в веществе возникает наведенный магнитный момент. Отнесенный к единице объема этот суммарный магнитный момент называется намагниченностью вещества Р - Основной вклад в намагниченность вносят частицы, обладающие парамагнетизмом электронного происхождения. Вклад парамагнитных ядер в намагниченность ничтожен в силу малой величины магнитных моментов ядер. Описанная намагниченность по физическому смыслу является полным аналогом ориентационной поляризованности вещества в электрическом поле, описанной в предыдущем параграфе. В частности ее величина связана с магнитным моментом частиц рт соотношением, аналогичным (5.3) [c.90]

Таким образом, если все магнитные моменты ядер движутся согласованно и воздействием решетки (окружаюш,ен среды) можно пренебречь, то изменение магнитного момента образца во времени под действием только постоянного магнитного поля Я(, эквивалентно его прецессии вокруг оси г с угловой скоростью (Оо. [c.28]

Линии в спектрах ЯМР твердых тел имеют довольно большую ширину (порядка 10—10 эрстед), поэтому этот раздел спектроскопии часто называют ЯМР широких линий . Метод позволяет изучать диполь-дипольное взаимодействие магнитных моментов ядер., относительную ориентацию ядер и расстояние между ними. [c.285]

Картина магнитного расщепления по спектрам Мессбауэра часто оказывается довольно сложной, поскольку она определяется двумя значениями магнитных моментов ядер — в основном и возбужденном состояниях — и двумя различными значениями локальных магнитных полей для ядер излучателя и поглотителя. [c.344]

Рис. 51. Квадрупольные моменты ядер

Рассмотрим не отдельный магнитный момент ядра, а вектор намагниченности М образца, являющийся геометрической суммой всех магнитных моментов ядер образца. Под действием поля Н вектор М, как и магнитный момент отдельного ядра (см. рис. 15.4), отклоняется от первоначального равновесного направления, параллельного постоянному полю Яо. При этом вектор намагниченности отклоняется от оси z с угловой скоростью [c.224]

Магнипгые моменты ядер существенно меньше, чем магнитный момент электрона. Однако, если парамагнитные частицы расположены достаточно далеко друг от друга и возмущающего действия локальных полей электронов практически нет, в спектре может ]) аблюдаться уширение, связанное с локальными полями парамаг-ьи1п1. л ядер, окружаюнгих парамагнитную частицу. [c.236]

Механизм взаимодействия, ведущего к появлению мультиплет-ного расщепления, осуществляется через валентные электроны. Электроны обоих атомов стремятся ориентироваться таким образом, чтобы векторы их магнитных моментов были антипараллельиы векторам магнитных моментов ядер. Кроме тог о, оба электрона, образующие валентную связь, стремятся ориентировать свои спины, а следовательно, и векторы магнитных моментов также антипараллельно. Таким образом, ориентация одного ядра влияет на другое ядро. [c.260]

Помимо указанных методов радиоспектроскопии к hhjvi относится еще один метод ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР)> обусловленный электрическими квадрупольными моментами ядер. В основном его применяли для исследования кристаллов низкомолекулярных веществ и лищь только в "последнее время он стал использоваться при измерениях внутренних напряжений в полимерах. [c.268]

В связи с тем, что магнитный момент электрона значительна больше магнитных моментов ядер, поглощение происходит при бо-Л(ге высоких частотах, лежащих уже в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ). Например, при = 2,0023 (свободный электрон) для получения электронного поглощения в поле с напряженностью около 0,ЗТ требуется переменное поле с частотой 9000МГц (сантиметровый диапазон). [c.276]

Техника наблюдения сигналов электронного резонанса принципиально ничем не отличается от методов наблюдения сигналов ядерного резонанса при непрерывном воздействии переменного поля. Однако в связи с тем что магнитный момент электрона значительно больше магнитных моментов ядер, поглощение наблюдается при более высоких частотах, лел<ащпх ул<е в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ). Например, при - = 2,0023 (свободный электрон) для получения электронного поглощения в поле с напрял<енностью около 3000 Гс требуется переменное поле с частотой 9000 МГц (трехсантиметровый диапазон). Вследствие этого в спектрометрах для наблюдения электронного резонанса применяется техника сантиметровых или миллиметровых диапазонов. В частности, вместо высокочастотного контура применяется объемный резонатор, в который и помещается исследуемый образец. [c.228]

Значения квадрупольных моментов ядер обычно известны, и экспериментальные исследования спектров ЯКР проводятся для получения частот переходов, констант квадрупольного взаимодействия, а значит, е ипараметров асимметрии градиента электрического поля Т1 (см. ниже), т. е. структурных данных, информации о распределении зарядов и характере химических связей. Например, чем больше ионный характер связи с данным атомом, тем меньше величина градиента поля и e qQ. Обратно, чем более ковалентной является химическая связь, тем выше соответствующая константа квадрупольного взаимодействия. Данные ЯКР предоставляют возможность экспериментальной проверки результатов квантово-механических расчетов и приближенного рассмотрения ряда проблем, связанных с внутри- и межмолекулярными взаимодействиями. Метод спектроскопии ЯКР важен как аналитический при работе с твердыми веществами, для которых не представляет трудности выращивание больших монокристаллов. [c.91]

Как следует из теории ( 1), частоты ЯКР зависят от квадрупольного момента ядра и градиента электрического поля на ядре. Квадрупольные моменты ядер eQ меняются для элементов довольно закономерно по периодической системе, увеличиваясь сверху вниз по группам и справа налево по периодам, но с некоторыми исключениями. Изменение значений констант e qQ для атомов не симбат-но eQ, так как зависит также от электронной конфигурации атома, т. е. eqsLT. Например, eQ для элементов левых подгрупп больше, чем для правых, а e qQ, наоборот, для элементов правых подгрупп больше, чем для левых. У большинства квадрупольных ядер eQ>0. [c.98]

Описанный выше механизм резонансного поглощения энергии должен приводить к единственной линии в спектре ЭПР — син-глету. Однако вследствие взаимодействия магнитного момента неспаренного электрона с магнитными моментами ядер, которые охватываются орбиталью электрона, в спектрах ЭПР возникает сверхтонкая структура (СТС). К числу ядер, обладающих собственным магнитным моментом, принадлежат Н, С, М, Ю, и некоторые другие. Так, магнитный момент протона создает в месте нахождения неспаренного электрона дополнительное магнитное поле АН. Поскольку во внешнем магнитном поле с напряженностью Но реализуются две противоположные ориентации магнитного момента протона (по направлению поля и против него), то одна часть неспаренных электронов окажется в суммарном поле Н = Но+АНи другая — в поле Н = Но—ДЯь Это обстоятельство вызывает дополнительное расщепление энергетического уровня неспаренного электрона и появление двух линий в спектре ЭПР. Расстояние между ними в спектре а = 2ДЯ1 называется константой сверхтонкого взаимодействия (СТВ). [c.224]

Ядерный магнитный резонанс. Основные принципы ядерного магнитного резонанса (ЯМР) такие же, как ЭПР, а главное отличие состоит в том, что в эксперименте контролируется обращение магнитных моментов ядер. Каждое ядро характеризуется спиновым квантовым числом /, которое может принимать значения О, /2, /2, [c.250]

Па рис. 8.23, б показан спектр ЯМР высокого разрешения молекул С2П50Н. Из рисунка видно, что высокое разренюпие вскрывает гонкую структуру пиков, отвечающих группам ОН, СН2 и СНз. Эта топкая структура объясняется яв.лепием, которое получило название. . ./ расщепления. Причина возникновения данного эффекта — во взаимодействии ядер через свои электронные оболочки. Дело в том, что магнитные моменты ядер Рагбертка стремятся определенным спосо-бом ориентировать спины окру- . жающих их электронов, те в свою [c.218]

В 1946 г. Блохом и Парселом был открыт ядерный магнитный резонанс. Это явление подобно электронному парамагнитному резонансу. Величина магнитного момента ядер приблизительно в тысячу раз меньше моментов электронных оболочек. Поэтому в соответствии с формулой (XXIV.7) частоты, отвечающие ядерному резонансу, будут в тысячу раз меньше по сравнению с частотами электронного парамагнитного резонанса. [c.533]

Наиболее близко расположенные уровни энергии атомов и молекул связаны с наличием у атомных ядер собственных моментов (ядерных спинов) Д для этих уровней от 10 до 10 эВ. Соответствующие переходы непосредственно изучают радиоспектроскопическими методами (ЯМР и ЯКР)- В f-peзoнaн нoй, видимой и УФ-областях наличие этих уровней должно приводить к очень малому расщеплению спектральных линий — сверхтонкой структуре. Расщепление линий, обусловленное моментами ядер, наблюдается и в микроволновой области спектра. [c.217]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология