Магнитный момент атома водорода

Орбитальный момент. Атом водорода в магнитном поле [c.49]

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]

Кроме внешнего поля и внутренних магнитных полей движущихся электронов ядра находятся в магнитных полях соседних ядер. Прямое действие магнитных полей ядер друг на друга очень мало, так как оно быстро затухает с расстоянием. Но электроны, осуществляющие химическую связь (напомним, что они имеют собственный магнитный момент), ориентируясь в поле одного ядра, воздействуют затем на другое, осуществляя, таким образом, спин-спиновое взаимодействие ядер. Величина этого взаимодействия — так называемая константа спин-спинового взаимодействия J измеряется в герцах. Взаимодействуют обычно только атомы соседних групп, расщепляя соответствующие сигналы в сложные мультиплеты. Так протоны групп, находящиеся рядом с группой, имеющей одиночный атом водорода, расщепляются в дублет с соотношением интенсивностей 1 1, потому что спин протона может иметь только две ориентировки во внешнем поле с примерно одинаковой вероятностью. Группы с двумя протонами, например —СНг, расщепляют сигналы соседних групп в триплеты с соотношением интенсивностей 1 2 1, так как спины двух протонов могут быть направлены или оба по полю, или в разные стороны, или оба против поля, причем легко видеть, что вероятность среднего случая в два раза больше, чем каждого из крайних. [c.344]

Для ядер со спином, равным /г, к которым относится протон (атом водорода), имеются, следовательно, только два возможных состояния в магнитном поле с напряженностью Я 1) состояние с повышенной энергией NИ, для которого магнитный момент направлен [c.186]

Рассмотрим воздействие внешнего магнитного поля на атом водорода, электрон в котором движется по круговым орбитам (/=0). В случае, если круговая орбита расположена в любой из плоскостей (хОу, хОг гОу), а направление внешнего магнитного поля совпадает с осью 2 (рис. 12), дополнительного движения электрона и смещения орбиты быть не может — вращательного момента между магнитным вектором электрона и вектором внешнего поля нет (или совпадение, или пересечение векторов), т. е. если /=0, то и т=0. [c.37]

Угловая составляющая волновой функции А (0, Ф) также зависит от двух квантовых чисел I ж т . Магнитное квантовое число т, связано с составляющей углового момента, проектирующейся на некоторое выбранное направление. Поскольку сам атом водорода сферически сим-г [c.248]

В первом приближении причиной химического сдвига являются электроны связи С — Н, в образовании которой участвует данный атом водорода. Приложенное магнитное поле Во инду цирует такие циркуляции окружающего ядро электронного облака, что в соответствии с законом Ленца возникает магнитный момент, по направлению противоположный Во (рис. П. 2). Таким образом, локальное поле на ядре оказывается меньше приложенного. Этот эффект соответствует магнитному экранированию ядра, которое понижает Во на величину стВо, где а — константа экранирования для данного протона [c.30]

Помимо электронных и магнитных вкладов в протонные химические сдвиги для полноты картины нужно рассмотреть еще два эффекта, которые имеют иногда весьма большое значение. В молекулах с сильно полярными группировками под влиянием электрического дипольного момента могут происходить изменения плотности заряда на некоторых протонах, так как электростатические силы могут искажать зарядовое облако соответствующей связи С—Н. Связывающие электроны смещаются либо к атому водорода, либо от него в зависимости от направления связи С—Н по отнощению к вектору поля, что приводит соответственно к экранированию или дезэкранированию протона. Как можно представить себе на основании рис. IV. 17, диполь-ные моменты в пиридине и нитробензоле, локализованные на атоме азота и на центре связи С—N соответственно, вызывают дезэкранирование протонов, поскольку электроны смещаются вдоль силовых линий к положительному концу диполя. В соответствии с теорией Букингема эффект электрического поля можно количественно описать соотношением [c.103]

Рассмотрим атом водорода с ядерным спином / = /3, содержащий электрон, который имеет спин, также равный 1 . Таким образом, как для ядра, так и для электрона возможны две ориентации относительно внешнего магнитного поля. Больший магнитный момент связан с электроном, и его ориентации сами по себе приводят к появлению единичной линии поглощения. При каждой ориентации электрона ядро может иметь одну из двух возможных для него ориентаций. Таким образом, верхний и нижний спиновые уровни электрона расщепляются па два уровня. Ядро увеличивает или уменьшает результирующее поле, в котором находится электрон на каждом из своих двух уровней или ориентаций, на дискретную величину. Два уровня для свободного электрона становятся благодаря воздействию атома водорода четырьмя уровнями. Однако разрешены не все переходы между этими четырьмя уровнями. В общем случае колебания электрона происходят независимо от ядерных колебаний. При этом мы имеем правило отбора А/ = 0 другими словами, разрешены только те переходы, нри которых изменяется спин электрона, а ядерный спин остается постоянным. (Возможные примеры запрещенных переходов приведены в работах [92, 133, 137].) В случае атома водорода это приводит к двум линиям, разделенным интервалом 500 гс. Это большая величина для ЭПР, которая является результатом сильного взаимодействия между ядром и одним s-электроном. Крайние линии спектров а, б и г, показанных на рис. 187, обусловлены атомами водорода. Спектры приведены в виде первых производных поглощения. Аномальный вид линий на спектрах виг является результатом насыщения мощности. [c.433]

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]

В повседневной практике химика-органика несравненно большее значение имеют спектроскопические методы, и здесь на первое место выдвинулся (открыт в 1946 г.) метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), основанный на взаимодействии магнитных моментов ядер (например, ядра водорода) с внешним магнитным полем. Метод протонного магнитного резонанса дает исчерпывающие сведения о химической природе, пространственном расположении и числе ато- [c.7]

Если I = 1, то магнитный момент электрона на орбите не совпадает с ее фокусом и тогда между вектором внешнего магнитного поля и вектором магнитного поля электрона возникнет вращательный момент, увеличивающий энергию электрона на орбите за счет дополнительных перемещений. На рис. 13 показан атом водорода с эллиптической орбитой, которая тоже может располагаться в различных плоскостях (хОг/ хОг гОу). Вектор внешнего магнитного поля по-прежнему направлен по оси г. [c.37]

Изложение теории опыта Штерна-Герлаха не входит в задачу той книги. Укажем лишь, что вычисленный из этих опытов атом-(ый магнитный момент таких атомов, как водород и серебро, [c.87]

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]

Поскольку квантовое число ядерного спина протона равно Уг> он имеет ассоциированный со спином ядерный магнитный момент. В сильном магнитном поле взаимодействие этого момента с наложенным полем приводит к появлению двух различных энергетических состояний протона в зависимости от того, как ориентирован ядерный магнит — параллельно или антипараллельно наложенному полю. Когда атом водорода входит в химическое соединение, разность энергий этих двух состояний, определяемая в первую очередь напряженностью наложенного поля, зависит также от локальных полей, обусловленных химическим окружением, в котором находится водород. Эта зависимость разности энергий от химического [c.168]

Примером наиболее простого случая является атом водорода. Так же как и для электрона, для протона (/ = 4) имеет место эффект Зеемана. Поэтому его магнитный момент во внешнем магнитном поле может ориентироваться в 2/ + 1 = 2 направлениях, характеризуемых значениями т, = = взаимодействии с обеими компонентами ядерного магнитного [c.267]

Квантование момента импульса означает, что при экспериментальном определении величины проекции момента на данную ось обязательно получится величина, кратная Л/2я. Следует обратить внимание на то, что угол между моментом (вектором) и осью не имеет вполне определенного значения ось направлена произвольно и ничего нельзя сказать до или после измерения о величине проекции. В атомах с центрально-симметричным полем, т. е. в атоме водорода или в одноэлектронном атомном ионе (например, Не+), в отсутствие поля все направления равнозначны и энергия Е зависит от п и I. В этом случае магнитное квантовое число, хотя и используется при расчетах, определенного физического смысла не имеет. Если же атом находится в магнитном поле, то различ- [c.160]

В предыдущих разделах можно было не рассматривать магнитный момент атома водорода, поскольку при отсутствии впеягнего э.лектромагнпг-ного поля он не играет роли. Одиако если атом поместить в электромагнитное поле, то атомные моменты уже взаимно не компенсируются, а стремятся ориентироваться в направлении поля. Этой тенденции противодействует механическое движение частиц. Прп изучении поведения атомов во внешних полях выявился тот важный факт, что электроны движутся в пространстве трех измерений. Их орбиты являются эллиисоидальнымн, а не эллиптическими. Движение по эллипсу соответствует двум степеням свободы и, согласно теории Зоммерфельда, описывается двумя квантовыми условиями. Совершенно аналогично тот факт, что плоскость эллиптической орбиты должна быть наклонена иод различными углами к выбранному направлению, приводит к необходимости учесть третью степень свободы и использовать третье квантовое условие. В качестве третьей координаты можно выбрать угол ф, образованный направлением магнитного момента и нанравлением поля. Сопряженный момент количества движения равен [c.121]

Казалось бы, что электрон в. -состоянии (/ = 0, т, =0) не должен обладать ни моментом импульса, ни магнитным моментом. Между тем опыт Штерна и Герлаха неопровержимо доказал, что даже в л-со-стоянии атом водорода обладает магнитным моментом, для которого возможны две ориентации в магаитном поле (рис. 18). Объяснение этому факту дала гипотеза голландских физиков Уленбека и Гаудсмита (1925), которые постулировали, что наряду с орбитальным моментом импульса (угловым моментом) электрон обладает еще собственным [c.37]

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]

Атом водорода, в котором поле центральносимметрично при /=0, характеризуется распределением вероятности со сферической симмерией. Это значит, что вероятность найти электрон на данном расстоянии от ядра при 1 = 0 одинакова независимо от угла 0 или ф. Поэтому и орбитальный магнитный момент атома в таком состоянии равен нулю. [c.69]

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]

Объяснение. Идентификация магнитных промежуточных продуктов, образующихся при передаче одного электрона в окислительно-восстановительных реакциях, имеет большое значение. Электронно-спиновая резонансная спектрометрия не только позволяет провести такую идентификацию, но также дает возможность отличить первичные свободные радикалы от продуктов их полимеризации. Простым примером тaкJЭГ0 свободного промежуточного радикала является ион полубензохннона, образующийся в окислительно-восстановительной системе р-бензохинона. Спектр р-полубензохинона показан выше. Пять линий этого спектра являются следствием изотропного магнитного взаимодействия нечетного электрона кольца с ядерными моментами атомов водорода. Этот электрон чувствует относительную ориентацию, ядерного момента каждого атома водорода, и поскольку каждый атом имеет почти равную возможность расположить ось своего момента по направлению действия поля или навстречу ему, то возникающий спектр состоит из пяти линий. Относительные интенсивности этих линий подчиняются закону биномиальных коэффициентов. Расстояние между линиями является ме-ро( [ величины -состояния волновой функции нечетного электрона в водороде и одновременно мерой я-электронной плотности в соседних атомах углерода кольца. [c.247]

Условие антипараллельности спинов электронов, участвующих в создании связи, кажется весьма естественным, но ничего не говорит о природе тех сил, которые в действительности обеспечивают взаимодействие обоих связующих электронов. Ситуация еще более осложнилась, когда в разрядных трубках удалось зафиксировать кратковременное существование малоустойчивых образований с формулами Н , Не , ННе . Связь в подобных молекулярных ионах обеспечивается одним электроном его спин, остающийся некомпенсированным, нельзя уже считать ответственным за образование связи. В рамках старо11 квантовой теории нельзя объяснить и некоторые другие явления. Так, например, атом водорода со своим вращающимся вокруг ядра электроном должен был бы иметь форму диска и обладать магнитным моментом. В действительности же атом водорода магнитного момента пе имеет. [c.17]

Цитохром с — гемопротеид основного характера (изоэлектрич. точка при pH И), мол. в. 13 ООО. Установлено, что в процессе дыхания Ц. с окисляется и восстанавливается. В восстановленной форме Ц. с диамагнитен, магнитный момент окисленной формы соответствует одному электрону на атом железа. В чистом виде восстановленный Ц. с окисляется Н2О2 и феррпцианндом кислород окисляет Ц. с только в присутствии цитохром-с-оксидазы. Окисленный Ц. с восстанавливается гидросульфитом, цистеином, полифенолами, аскорбиновой к-той, водородом в нрнсут-ствии платины, восстановленной формой никотинамид-аденин-динуклеотида в присутствии цитохром-с-редуктазы (см. Цитохромредуктазы). [c.443]

Магнитный момент этого комплекса соответствует менее чем одному неспаренному электрону, что свидетельствует о существовании в нем некоторого взаимодействия металл — металл. При отсутствии такого взаимодействия формально следовало ожидать, что магнитный момент комплекса будет соответствовать двум неспаренным электронам. В л-циклопентадиенилметалл-карбонильных комплексах хорошо известны в качестве мостиковых фосфиновые и арсиновые лиганды [204—206]. Большой интерес преставляют результаты рентгеноструктурного анализа комплекса 4.18 предполагается, что мостиковый атом водорода связан симметрично с двумя атомами молибдена [207] [c.171]

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]

Четырехфтористый титан — чрезвычайно гигроскопичное твердое вещество (давление паров равно 1 ат при 184°С). Лучше всего получать его действием фтора на металл при 250 °С или на ДВУОКИСЬ титана при 350 °С можно, однако, приготовить Т1р4 также взаимодействием фтористого водорода и тетрахло-рида. Этот фторид растворяется в водной плавиковой кислоте, образуя раствор, содержащий ион Т из данного раствора легко получить умеренно растворимые соли щелочных металлов. Как и следовало ожидать, все эти соединения оказались диамагнитными, Калиевая соль , кристаллизующаяся из воды при температуре выше 50 °С, имеет ромбоэдрическую структуру, аналогичную КгОеРе каждый ион титана окружен шестью фторид-ионами, находящимися от него на расстоянии 1,917 А и расположенными в вершинах правильного октаэдра. Данная структура, определенная путем рентгеноструктурного анализа, была недавно подтверждена исследованием при помощи метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) , вероятно первым из проведенных с комплексными фторидами поскольку Р обладает ядерным моментом, этот метод приложим к изучению подобных соединений. Фторо-(IV) титанат калия может быть получен нагреванием при 300—350 °С в виде кристаллов, имеющих кубическую и гексагональную структуры , аналогичные соответственно К231Рб и КгМпРе. [c.96]