Магнитный момент атомного ядра

Наряду с тонкой структурой в спектрах ЭПР наблюдается сверхтонкая структура (СТС). Объясняется СТС взаимодействием магнитного момента неспаренного электрона с магнитным моментом атомного ядра. Возникновение СТС рассмотрим на примере парамагнитного иона u +, для которого S = /2 (один неспаренный электрон )и /=3/2. В магнитном поле оба уровня с Шз= 72 расщепляются на четыре подуровня, энергия которых меняется с увеличением поля линейно (рис. 93). При фиксированной энергии СВЧ-источника переходы с Amj = Q и Ams=l будут осуществляться при четырех значениях внешнего магнитного поля, результатом чего является возникновение СТС. Все линии СТС имеют одинаковую интенсивность, а потому они легко отличаются от сигналов тонкой структуры. [c.191]

Магнитные свойства. Магнитный момент атомов Не равен магнитному моменту их атомного ядра и составляет 0,7618 1о1> — магнитный момент протона. Магнитный момент ядра Не в отличие от момента протона отрицателен. Он является наибольшим по абсолютной величине отрицательным магнитным моментом атомного ядра. Сведения о магнитных свойствах Не важны для выяснения причин аномалий, наблюдаемых при низких температурах. [c.255]

Чем больше величины Yj и I, тем больше магнитный момент атомного ядра, а значит, величина магнитного поля, создаваемого этим микроскопически малым магнитом. [c.14]

В случае магнитного резонанса электронного спина, электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), связь спина электрона с магнитным моментом атомного ядра приводит к весьма сложному расщеплению, которое называется сверхтонкой структурой спектра ЭПР. В ЯМР соответствующее расщепление резонансных линий, как правило, не возникает, так как вследствие быстрой спин-решеточной релаксации электронных спинов скорость переходов между спиновыми состояниями, соответствующими ориентациям спина по полю и против поля (т.е. между состояниями, характеризуемыми магнитными квантовыми числами /Иi = 1/2 и -1/2), так велика, что ядерный спин "видит" некое усредненное состояние. Однако поскольку всегда несколько больше магнитных моментов электронов ориентировано по полю, чем против поля, аналогично тому, как это ранее было показано для магнитных моментов ядер/г/, то возникающий при этом результирующий электронный магнитный момент является причиной наблюдаемых парамагнитных свойств веществ, содержащих свободные радикалы и парамагнитные ионы взаимодействие ядерного спина с электронным приводит к парамагнитному сдвигу сигналов ЯМР, и, кроме того, включается дополнительный механизм релаксации, к рассмотрению которого вернемся в разделе 1.3.7. [c.33]

Помимо магнитного момента атомные ядра обладают ещё и заметными электрическими моментами, зависящими от распределения заряда в ядре. Дипольные электрические моменты у ядер отсутствуют, однако из-за нарушения сферической симметрии распределения зарядов у многих ядер возникает квадрупольный момент Q. Особенно он велик у тяжёлых ядер, имеющих сильно вытянутую форму. Вместе с тем ядра с Z = N = А/2 (стабильные [c.23]

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 основе спектроскопии ядерного магнитного резонанса лежат магнитные свойства атомного ядра. Из ядерной физики мы знаем, что некоторые ядра, в том числе и протон, обладают угловым моментом Р, который в свою очередь обусловливает появление у этого ядра магнитного момента л. Обе величины связаны соотношением [c.17]

Локальное поле Н1 создается магнитными моментами атомных ядер, находящихся вблизи этого электрона, в частности К ". Для ядра У = 1 и, следовательно, проекции ядерного спина на направление поля Но отвечают значениям ш = 1, О, —1. Локальное поле, действующее на электрон, имеет три значения и пик ЭПР расщепляется в триплет. Обычно для наблюдения спектров применяется клистрон как источник микроволнового излучения (поля Яг) с частотами, близкими к 9000 При этом резонанс наблюдается в области 3200 гс. Локальные поля, вызывающие описанное сверхтонкое расщепление, равны по порядку величины десяткам гаусс. [c.342]

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]

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]

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]

Атомное ядро имеет электрический заряд и в магнитном поле оно ведет себя подобно маленькому магниту. Чтобы понять магнитные свойства ядра, представим себе, что оно вращается. Если электрический заряд ядра распределен по всему его объему, то его вращение можно описать как движение заряда по окружности вокруг некоторой оси. А при таком вращении возникает магнитное поле. Стало быть, вращающееся ядро должно обладать магнитным моментом, или спином. Теперь понятно, почему в магнитном поле атомное ядро ведет себя как маленький магнит. Если поместить его между полюсами большого магнита, то подобно стрелке компаса ядерный магнитик стремится расположиться параллельно приложенному полю. А чтобы изменить его ориентацию на противоположную, необходимо затратить энергию. [c.219]

Ядерный магнитный резонанс. ЯМР представляет собой избирательное взаимодействие магнитной составляющей радиочастотного поля с магнитными моментами атомных ядер, в результате чего наблюдается резонансное поглощение энергии поля. В многоатомных молекулах ядра одинаковых атомов, расположенных химически неэквивалентно, отличаются по частотам ЯМР. Это различие называется химическим сдвигом, который неодинаков для тяжелых ядер и для легких (например, протонов). Если наблюдается химический сдвиг по Н, то явление называют протонным магнитным резонансом (ПМР). [c.128]

Атомные ядра, содерл<ащие нечетное число протонов и нейтронов, обладают магнитными моментами в тысячу раз меньшими, чем у электронов. Однако их можно определять, используя чувствительные методы, основанные на особенностях взаимодействия магнитных моментов ядер с постоянным внешним магнитным полем. Атомные ядра в этих условиях превращаются в колебательную систему с определенной собственной частотой колебаний. Задача исследования сводится, таким образом, к измерению этих частот, что удается осуществить, сочетая сильное постоянное магнитное поле со слабым высокочастотным. В этом случае взаимодействие магнитных моментов ядер с высокочастотным по- [c.44]

Метод ЯМР исследует поглощение электромагнитной радиации веществом в необычных условиях формирования спектра в отличие от оптических молекулярных спектров спектр ЯМР получается при поглощении радиации веществом, находящимся в очень сильном однородном магнитном поле. Атомные ядра с собственным магнитным моментом т имеют в таком внешнем поле разные значения потенциальной энергии в зависимости от нескольких возможных (квантованных) углов ориентации векторов т относительно направления вектора напряженности внешнего магнитного поля Яо- Иначе говоря, магнитные ядра во внешнем поле могут находиться на разных магнитных энергетических уровнях, переходы между которыми должны сопровождаться поглощением или излучением энергии. При поглощении кванта кч, соответствующего разности энергий соседних уровней, происходит изменение ориентации магнитных ядер вещества относительно направления внешнего поля, приводящее к изменению намагниченности исследуемого вещества, детектируемому прибором как сигнал ЯМ.Р. [c.68]

Однако при более точном рассмотрении взаимодействия между магнитными моментами атомных ядер следует учесть еще два обстоятельства. Дело в том, что, совершая переход с верхнего уровня на нижний и испуская квант энергии, атомное ядро может вызвать энергетический переход соседнего однотипного ядра. Это означает, что пары однотипных ядер могут вести себя как связанные системы, изменение энергетического состояния которых может потребовать иных резонансных частот, чем резонансная частота одного ядра. Кроме того, испускаемое ядрами электромагнитное излучение, взаимодействуя с внутренними переменными полями, может образовывать комбинационные частоты, совпадающие с резонансной частотой исследуемых ядер. Таким образом, кроме составляющих энергетического спектра в области резонансной частоты эффективными могут оказаться и некоторые другие его частоты. Это относится и к взаимодействию разнотипных ядер. [c.59]

Магнитный момент у атомов или молекул может быть результатом возникновения круговых токов в электронной оболочке или наличием неспаренных электронных спинов. Как известно, вещества, обладающие магнитными моментами такого рода, называют парамагнитными. В молекулах многих веществ, в том числе и большинства полимеров, электронный магнитный момент скомпенсирован. Подобные вещества относят к категории диамагнитных. Однако некоторые атомные ядра, например водорода и фтора, обладают собственными магнитными моментами, обусловленными их спинами. Поэтому в диамагнитных веществах энергия электромагнитного поля может поглощаться только ядерными магнитными моментами. Последние на три порядка меньще магнитных моментов электронов, поэтому резонансные частоты при магнитном резонансе на электронах значительно выше, чем резонансные частоты на ядрах, что определяет различие радиотехнических схем регистрации в обоих методах. [c.267]

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]

Измерение ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — метод анализа, основанный на резонансном поглощении электромагнитных волн веществом, помещенным в постоянное магнитное поле. Ядерный магнитный резонанс использует явление ядерного магнетизма. Атомные ядра многих химических элементов имеют определенный момент количества движения, т. е. вращаются вокруг собственной оси (спин ядра). Спин ядра аналогичен спину электрона. Магнитный момент возникает потому, что каждое ядро имеет электрический заряд. Для наблюдения ЯМР ампулу, содержащую анализируемое вещество, помещают в катушку радиочастотного генератора. Образец может быть жидким, твердым или газообразным. Катушку с ампулой помещают в зазоре магнита перпендикулярно направлению магнитного поля Ни- Генератор создает на катушке слабое переменное магнитное поле Нх- Резонанс наступает при условии ф=фо= У о, где ф — скорость вращающегося поля Нх, фо — скорость прецессии ядер в поле На, 7 — гиромагнитное отношение у = т1Р (т — магнитный момент ядра атома, Р — момент количества движения ядра). При выполнении условия приемник регистрирует небольшое изменение напряжения на рабочем контуре в виде сигнала в форме гауссовой кривой. Кривая характеризуется высотой сигнала и шириной кривой (полосы), [c.452]

Ядерный магнитный резонанс представляет собой явление поглощения энергии, сопровождаемое изменением спинового состояния атомного ядра, которое так же, как и электрон, имеет магнитный момент. Магнитный дипольный момент — векторная величина и измеряется в ядерных магнетонах lя. Аналогично магнетону Бора (разд. 6.5.3) ядерный магнетон определяется с помощью следующего выражения [c.69]

Согласно законам классической электродинамики вращение электрически заряженной частицы вокруг некоторой оси дает магнитное поле, совпадающее по направлению с осью вращения. Такая система характеризуется магнитным моментом, пропорциональным угловому моменту количества движения, и эту модель можно использовать для положительно заряженного атомного ядра. [c.8]

Зависимость мощности максимумов от атомных номеров. Как электронная плотность атома, так и его электростатическое поле возрастают симбатно с ростом атомного номера. Поэтому в обоих методах (РСА и ЭСА) исследователь сталкивается с затруднениями, когда требуется различить атомы с близкими атомными номерами. Ядерная плотность не является симбатной функцией атомного номера. Атомы, соседние в периодической таблице, например Ре, Со и N1, дают в Фурье-синтезах максимумы, совершенно различные по высоте. Особенно удобен НСА для установления позиций самых легких атомов материи — атомов водорода, фиксация которых в случае РСА не всегда возможна, а точность определения координат заведомо низка. Кроме того, дифракция нейтронов зависит от спиновых магнитных моментов ядер. Для потока нейтронов ядра одного и того же элемента, не совпадающие по ориентации спинового момента, являются разными ядрами. Поэтому НСА широко используется для решения специальных задач, таких, как анализ упорядоченности сплавов, образованных металлами с близкими атомными номерами анализ магнитной структуры кристалла выявление и уточнение координат атомов водо- [c.127]

Рассмотрим теперь случай, когда атомное ядро мессбауэровского изотопа обладает отличным от нуля магнитным моментом fij. [c.211]

Если атомное ядро имеет спин, не равный нулю, то его магнитный момент, соответствующий этому спину, тоже не равен нулю. Тогда в парамагнитной молекуле меж- [c.104]

Если ядро имеет ненулевой спин, то существует взаимодействие между ядерным спиновым магнитным моментом, спиновым и орбитальным магнитным моментом электрона, которое ведет к так называемой сверхтонкой структуре атомных спектров. Полный уг-—> [c.93]

Если ядро имеет ненулевой спин, то существует взаимодействие между ядерным спиновым магнитным моментом, спиновым и орбитальным магнитным моментом электрона, которое ведет к так называемой сверхтонкой структуре атомных спектров. Полный угловой момент F атома есть сумма полного момента всех электронов J и спинового момента ядра Г. [c.84]

Рассмотрим гипотетическую двухатомную молекулу, неспаренный электрон в которой расположен на негибридной атомной 2рг-орбитали атома А, а ядро атома В обладает спином (рис. 86). Магнитный момент ядра может принимать две ориентации — по внешнему полю и против него. Положение орбитали неспаренного электрона тесно связано с направлением связей в молекуле, поэтому величина угла 0 однозначно определяется ориентацией молекулы по отношению к внешнему магнитному полю. Если предполагать, что за пределами заштрихованной области плотность неспаренного электрона пренебрежимо мала, то при вычислении интеграла в (IX.29) для молекулы в положении а интегрирование по 0 нужно проводить в пределах от л /2 + А0 до я/2—А0, в положении б — в пределах от +А0 до —А0. Таким образом, значение интеграла (IX.29), а следовательно, и ДЯа зависят от б. Величина интеграла в (IX.30) не зависит от угла 0. [c.244]

Явление анизотропии СТС иллюстрируется рис. 1.11. Рассмотрим гипотетическую двухатомную молекулу, неспаренный электрон в которой расположен па негибридной атомной рг-орбитали атома А, а ядро атома В обладает магнитным моментом. Из рис. 1.11 видно, что [c.35]

Ядерная гамма-резонансная (ЯГР) или мессбауэ-ровская спектроскопия. Основана на наблюдениях т. н. Мессбауэра эффекта, позволяющего выделять и регистрировать резонансное поглощение или рассеяние атомными ядрами гамма-квантов, не осложненное ни отдачей, ни тепловым движением ядер-излучателей и поглотителей (явлениями, приводящими в отсутствие эффекта Мессбауэра к смещению и уширению резонансной области энергий). Чрезвычайная острота такого неискаженного гамма-резонанса, его высочайшая избирательность позволяют не только заметить ничтожные (до 10 "-10 %) изменения энергии излучаемых и поглощаемых (или рассеиваемых) квантов, но и количественно их охарактеризовать, компенсируя эти изменения эквивалентным допплеровским сдвигом частоты квантов при движении источника или поглотителя (рассеивателя) со скоростью порядка нодчас всего несколько микрон/сек. Столь высокая чувствительность обеспечивает возможность наблюдения и количественного описания взаимодействий между электронными оболочками и электрич. зарядом, квадрунольным и магнитным моментами атомного ядра. По виду ЯГР-снектров удается раздельно охарактеризовать общее число -электронов и плотность их облака в районе расположения атомного ядра, участив в валентных связях -, р- и -электронов, взаимодейст- [c.535]

Ес1ш время парамагнитной спиновой релаксации больше обратной частоты ларморовской прецессии магнитного момента атомного ядра, а также больше среднего времени жизни возбужденного состояния мессбауэровского ядра, то в мессбауэровском спектре должно появиться магнитное сверхтонкое расшепление. Однако при измерениях [c.150]

Спектры атомов. При сообщении атому энергии изменяется по крайней мере одно квантовое число. Появляющиеся при этом сигналы относятся к видимой (800—200 нм) и рентгеновской (1 —10 А) областям спектра. В рентгеновской области спектра для аналитических целей используют сигналы, связанные с изменением главного квантового числа п. Интересные для аналитиков оптические спектры связаны в основном с изменением побочного квантового числа I (наряду с изменением и или т ). Ввиду большего разнообразия переходов оптические спектры имеют значительно большее число линий, чем рентгеновские. Если вырождение спинового момента электрона /Пз снимается внешним магнитным полем, то становятся возможными энергетические переходы с изменением т , дающие сигналы в микроволновой области (10 —10 Гц). Эти сигналы образуют спектр электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Атомное ядро подобно электрону может обладать собственным вращательным моменгом, ядерным спином. Воздействие внешнего магнитного поля также снимает его вырождение, что делает возможным энергетические переходы в области радиочастот (10 —10 Гц). Получающиеся при этом спектры называют спектрами ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Оба метода, ЭПР и ЯМР, относят к резонансной магнитной спектроскопии [c.177]

Спин-спиновую связь ядер рассматривают иногда как суммарный результат трех эффектов взаимодействия ядер и электронов. Во-первых, магнитный момент ядра оказывает воздействие на электрическое поле, обусловленное орбитальным движением электронов, а это поле, в свою очередь, взаимодействует с магнитным моментом другого ядра. Во-вторых, имеет место взаимодействие магнитных диполей, в котором участвуют не только ядра, но и электроны. И, наконец, учитывая симметрию атомных s-op-биталей, надо иметь в виду отличную от нуля электронную спиновую плотность на ядрах — так называемое контактное взаимодействие Ферми. При спин-спиновой связи протонов именно это взаимодействие является наиболее важным. [c.29]

Поскольку ядерный магнитный момент примерно в 10 раз меньше орбитального магнитного момента электрона, то расщепление уровней, обусловленное магнитным моментом ядра, будет примерно в 10 раз меньше расщепления, вызываемого спин-орбитальным взаимодействием (тонкая структура). В связи с этим расщепление уровней энергии, обусловленное магнитным моментом ядра, называют сверхтонким расщеплением. Измерение сверхтонкого расщепления энергетичес1 их уровней атома является одним из методов измерения спинов и магнитных моментов атомных ядер. [c.314]

Число компонент сверхтонкой структуры. Сверхтонкая структура в атомных спектрах является результатом расщепления энергетических уровней атома вследствие магнитного взаимодействия между ядром и электронной оболочкой. Атомное ядро, как известно, имеет собственный момент количества движения, с которым всегда связан магнитный момент, поскольку ядро является электрически. заряженной системой, составные части которой обладают своим спином и магнитным моментом. Теория показывает, что если данный энергетический уровень характеризуется квантовым числом /, соответствующим полному моменту количества движения электронной оболочки, а атомное ядро характеризуется квантовым числом I ядерпого момента количества движения спин ядра), то число расщепленных подуровней определяется следующим образом [c.125]

В нейтронографичсском анализе для исследования веществ используются монохроматические пучки медленных нейтронов. Специфика использования нейтронографии для структур1 ых и других исследований веществ обусловлена следующими особенностями рассеяния нейтронов в кристаллической решетке по сравнению с рентгеновскими лучами нейтроны рассеиваются ядрами атомов, а рентгеновские лучи в основном электронами рассеяние нейтронов не зависит от угла (направления) падения пучка, тогда как рассеяние рентгеновских лучей от него зависит амплитуда рассеяния нейтронов не монотонно зависит от атомного номера элемента, а в случяе рентгеновских лучей функция атомного рассеяния растет с ростом атомного номера нейтроны обладают магнитным моментом нейтроны глубоко проникают в массу исследуемого образца и слабо поглощаются веществом. [c.106]

После ряда открытий, в частности после обнаружения волновых свойств электронов и других микрочастиц, стало ясно, что теория Бора недостаточная. Она потерпела неудачу даже в попытке построения второго по сложности атома — атома гелия, состоящего из ядра и двух электронов. Она не смогла объяснить обнаруженной мульти-плетности (множественности) спектральных линий в атомных спектрах элементов. Например, спектральные линии щелочных металлов оказались дублетами с очень малым отличием длин воли линий, составляющих эти дублеты. Также линии серии Бальмера в спектре водорода не являются единичными и каждая расщеплена на две очень близко расположенные линии. Это объяснили Уленбек и Гоудсмит в 1925 г. допущением у электронов вращательного (веретенообразного)-движения, что обусловливает появление у них, кроме орбитального, еще спинового вращательного момента, а также спинового магнитного момента (спин — от английского to spin — вращаться). Ориентация спинового момента электрона в дйух противоположных [c.62]