Магнитный момент свободного электрона

Магнитный момент свободного электрона, являющийся только спиновым моментом зависит от спинового квантового числа з = 1/2 и фактора спектроскопического расщепления ё = 2 (см. раздел 6.3.4) [c.212]

Поскольку свободный электрон может иметь спиновое квантовое число +72 или — /г, он может быть ориентирован в магнитном поле двумя способами. Эти два состояния различаются по энергии на (где — фактор спектроскопического расщепления р — магнитный момент свободного электрона Я — напряженность магнитного поля). Излучение с частотой v(v=gpЯ//l) может вызывать переходы между этими двумя состояниями. Этот эффект используется в спектроскопии электронного парамагнитного резонанса. [c.30]

Магнитный момент свободного электрона являющийся только спиновым моментом, согласно квантовой механике равен [c.472]

Надо отметить, что для свободного электрона, у которого нет орбитального момента (т. е. Ь = О, J = 8), g = 2,00. Использовав для значение 2,00, можно вычислить по уравнению (11—14) спиновый магнитный момент свободного электрона (5 = 1/2), он равен 1,73р. Если электрон является частью химической системы, на его магнитный момент может оказывать влияние орбитальное движение. Кроме того, может быть вклад от так называемого температурно-независимого парамагнетизма (ТНП). При рассмотрении типов магнетизма химических соединений эти вопросы будут обсуждены более подробно. [c.472]

Более стабильные радикалы являются одновременно менее реакционноспособными. Так, трифенилметил настолько устойчив, что степень диссоциации гексафенилэтана даже при комнатной температуре достигает 2%. В большинстве же случаев высокая реакционная способность атомов и радикалов обусловливает очень низкую их концентрацию в реакционных смесях — порядка 10 — 10" моль/л. Поэтому их идентификация достижима лишь по результатам дальнейших превращений или при помощи спектров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Сигнал в спектре ЭПР обусловлен поглощением энергии при изменении направления магнитного момента свободного электрона при его ориентации вдоль или против внешнего магнитного поля. Сигналы в спектре ЭПР имеются также у молекул, обладающих неспаренными электронами (NO2, соли переходных металлов). [c.108]

Энергия спина в магнитном поле равна — .loH в первом случае и +[IqH — во втором, где lo — магнитный момент свободного электрона. [c.345]

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]

Электронный парамагнитный резонанс. Явление парамагнитного резонанса было открыто К- Е. Завойским (1944). Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) используют для исследования строения молекул и особенно свободных радикалов. Наличие магнитного момента у электрона дает возможность рассматривать его как маленький магнит независимо от того, где находится неспаренный электрон—в атоме, ионе или молекуле. Придерживаясь упрощенной картины, можно сказать, что магнит ставится либо по полю, либо против поля. Очевидно, энергия этих двух положений, которые были бы равны друг другу, если бы поле отсутствовало, при наличии поля будут различны. Магнит, ориентированный по полю, имеет меньший запас энергии, чем магнит, ориентированный против поля. [c.64]

А для соседних уровней очень мала и равна 10 —10 Дж. Расщепление попадает в область радиоволн высоких и сверхвысоких частот (10 -—10 Гц, длина волны от 1 до 500 см). Эта область радиоволн применяется в радиоспектроскопии для расщепления магнитных уровней электронов и ядер. Методом ЭПР изучаются парамагнитные вещества, к которым относятся, например, комплексные соединения ионов переходных металлов или редких земель с незаполненными внутренними оболочками, молекулярные соединения и атомы с неспаренным электроном, свободные радикалы и ион-радикалы. Парамагнитные свойства определяются тем, что частицы вещества обладают постоянным магнитным моментом. Его происхождение объясняется так. Каждый электрон в атоме при вращении вокруг ядра создает магнитное поле. Магнитный момент ц электрона в общем случае равен сумме спинового д, и орбитального г магнитных моментов ц. = + + ц/, причем [c.54]

Системы, содержащие неспаренные электроны, будучи помещены в магнитное поле напряженностью Я, могут поглощать энергию электромагнитных волн. В случае свободного электрона наложение магнитного поля создает два различных энергетических уровня, которые может занимать электрон. Образование двух энергетических уровней в магнитном поле, т. е. эффект Зеемана, является результатом наличия магнитного момента у электрона, который вследствие условий квантования может быть либо параллелен, либо антипараллелен полю. Разность энергий hv между уровнями дается соотношением (1), приведённым ранее при описании теоретических основ ЯМР. Величина hv равна g H, где р — магнетон Бора, g — постоянная Ланде, или фактор спектроскопического расщепления, который для свободных электронов близок к 2,000. Для углеродных радикалов в конденсированной фазе. -фактор отклоняется от значения, точно равного 2,000, лишь в третьем десятичном знаке [92]. В случае серусодержащих или кислородных радикалов наблюдаются большие отклонения, и -факторы имеют значения около 2,025. В газах свободные радикалы могут иметь любое значение g- от О до 2. [c.432]

В совокупности таких свободных радикалов в отсутствие внешнего поля магнитные моменты вращающихся электронов ориентированы хаотично и все электроны находятся в состоянии с равной энергией. Когда накладывается магнитное поле, магнитные моменты стремятся ориентироваться относительно поля. Б соответствии с квантовой теорией они принимают одну из двух ориентаций, причем промежуточные направления невозможны, так как разрешенный спиновый момент количества движения вдоль магнитного поля ограничен по квантовым законам двумя дискретными величинами 12 Ь,12п) и —1/2(/г/2л). Соответственно составляющая магнитного момента в направлении поля должна быть ограничена двумя значениями, которые можно обозначить -Ьм- и Оказывается (см. далее), что л приблизительно равно магнетону Бора. Энергия ориентации в ноле напряженностью Н для двух разрешенных ориентаций будет по классической электромагнитной теории равна —(х/7 и Следовательно, электроны делятся на две группы, энергии которых различаются на 2[хЯ (рис. 42). В нижнем энергетическом состоянии находится несколько больше электронов, чем в верхнем, поскольку электроны различными путями обмениваются энергией с окружающей средой и таким образом поддерживают равновесное энергетическое распределение. По закону Максвелла — Больцмана отношение числа [c.200]

То обстоятельство, что неспаренный электрон входит в состав свободных радикалов, некоторых атомов, ионов, отражается не только на величине /-фактора, но и в большинстве случаев на виде линий поглощения в них появляется сверхтонкое расщепление спектра (сверхтонкая структура). Она обусловлена взаимодействием магнитного момента неспаренного электрона с магнитными моментами ядер, входящих в состав парамагнитной частицы. [c.314]

Следует отметить, что изучение магнитных свойств играет важную роль в химии свободных радикалов. Наличие свободных неспаренных электронов обусловливает постоянный магнитный момент свободных радикалов, которые поэтому обладают парамагнитными свойствами. Таким образом, парамагнетизм можно рассматривать как физическое свойство, являющееся надежным критерием свободнорадикального характера органического соединения. [c.548]

Прямое обнаружение радикалов может быть произведено при помощи метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Это исключительно селективный метод обнаружения частиц, обладающих магнитным моментом — свободных атомов, радикалов, парамагнитных ионов [109-111]. [c.76]

Собственный спиновый момент свободного электрона связан с gr-фактором 2,00232. В атоме или молекуле электрон может обладать также орбитальным моментом. Соответствующий орбитальный магнитный момент векторно складывается со спиновым магнитным моментом. Для определения зеемановского расщепления, соответствующего каждому из уровней энергии свободного атома в магнитном поле, используется g -фактор, находимый по формуле Ланде (11-2). Поскольку у большинства мо- [c.296]

Спектр ЭПР феноксильных радикалов в отличие от спектра свободного электрона, состоящего из одной резонансной линии, обладает сверхтонкой структурой (СТС), что обусловлено взаимодействием магнитного момента неспаренного электрона с ядер-ными моментами различных атомов радикала. В общем случае, при взаимодействии неспаренного электрона с п эквивалентными ядрами в спектре ЭПР проявляется 2п I + 1 компонент, где I — спиновое число (для протона I = /г). Число компонент может с [c.98]

Если неспаренный электрон делокализован, то спектр ЭПР имеет сложную структуру. Сверхтонкая структура спектра (СТС) обусловлена взаимодействием магнитного момента неспаренного электрона с магнитными моментами ядер, входящих в состав свободного радикала и охватываемых молекулярной орбиталью электрона. Природа этого взаимодействия очень сложна. [c.174]

Для одного неспаренного электрона в магнитном поле с напряженностью Н величина расщепления где " магнитный момент свободно- [c.148]

Свободные радикалы обладают магнитным моментом. Все электроны имеют спин, и вращающийся заряд возбуждает магнитное поле однако в обычных молекулах спины спарены, и магнитные поля электронов со спинами, направленными вверх , точно компенсируются полями электронов со спинами, направленными вниз . Так как радикал имеет нечетное число электронов, один спин остается некомпенсированным, и свободный радикал генерирует магнитное поле. Поэтому свободные радикалы притягиваются магнитными полями и один из методов доказательства наличия свободных радикалов в растворе состоит в том, чтобы обнаружить его парамагнитные свойства. К сожалению, этот метод недостаточно чувствителен и может обнаруживать только относительно большие концентрации радикалов. Гораздо более чувствителен метод электронного парамагнитного (или спинового) резонанса, для краткости называемого ЭПР. Этот метод основан на том, что в сильном магнитном поле спины неспаренных [c.248]

Фактор есть отношение механического момента электрона к магнитному. Для свободного электрона, имеющего только спиновый момент, -фактор ( е) равен 2,0023. Для электронов с орбитальным моментом, не равным нулю, он может изменяться очень сильно, т. е. в радикалах с р- или -электронами значения -фак-тора должны отличаться от двойки и изменяться в широких пределах. [c.62]

Отклонения g -факторов от значения 2,0023 для свободного электрона в случае свободных радикалов очень малы и, как правило, не изучены. Это объясняется тем, что в органических радикалах орбитальный магнитный момент неспаренного электрона практически равен нулю. В принципе следует учитывать индуцированные изменения трех главных значений -тензора. Однако на практике g -тензор бывает известен лишь в редких случаях, [c.225]

Смещения элементов главных групп внутри соответствующих клеток таблицы обусловлены различием строения электронных оболочек, находящихся под идентичными внешними валентными электронами. Хотя оптические термы, спиновые и магнитные моменты свободных атомов в каждой данной группе одинаковы (см. табл. 7), электронные конфигурации внутренних оболочек оказываются существенно различными. Именно под валентными электронами самой внешней оболочки может находиться оболочка гелия (Is ), 8-электронные оболочки инертных газов (s p ) и 18-электронные оболочки s p f°. [c.33]

В ряде случаев по виду спектра ЭПР облученного сухого препарата можно сделать однозначные выводы о структуре возникающих свободных радикалов и о локализации свободной валентности. В основном эти выводы делаются по сверхтонкой структуре ЭПР, т. е. по расщеплению линии поглощения за счет взаимодействия магнитного момента неспаренного электрона с магнитными моментами окружающих ядер (обычно протонов). Существует достаточно разработанная теория, и в простых случаях можно говорить о структуре свободного радикала или о структуре части молекулы, непосредственно примыкающей к свободной валентности. [c.97]

Магнитный момент свободного атома (или иона) определяется собственным спином электронов, орбитальным моментом, связанным с движением электрона около ядра, и изменением этого орбитального момента при приложении внешнего магнитного поля. Первые два эффекта определяют парамагнетизм, с третьим эффектом связано явление диамагнетизма. [c.270]

Электронный парамагнитный резонанс представляет собой явление поглощения излучения микроволновой частоты молекулами, ионами или атомами, обладающими электронами с неспаренными спинами. Называют это явление по-разному электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) , электронный спиновый резонанс и электронный магнитный резонанс . Все эти три термина эквивалентны и подчеркивают различные аспекты одного и того же явления. ЯМР и ЭПР характеризуются общими моментами, и это должно помочь понять суть метода ЭПР. В спектроскопии ЯМР два различных энергетических состояния (если I = 7г) возникают из-за различного расположения магнитных моментов относительно приложенного поля, а переходы между ними происходят в результате поглощения радиочастотного излучения. В ЭПР различные энергетические состояния обусловлены взаимодействием спинового момента неспаренного электрона (характеризуемого т = /2 для свободного электрона) с магнитным полем — так называемый электронный эффект Зеемана. Зеемановский гамильтониан, описывающий взаимодействие электрона с магнитным полем, дается выражением [c.5]

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]

Молекула На. Электронная конфигурация молекулы Н2 в основном состоянии Нг Ь), молекулярный терм (дублет сигма). Единственный электрон молекулы на ag связывающей орбитали обеспечивает химическую связь. Молекула Нг — свободный радикал. Радикалами называют частицы с открытыми оболочками. Радикальный характер молекулы Нг легко обнаруживается по ее парамагнетизму, обусловленному только спином электрона, так как орбитальный магнитный момент молекулы равен нулю. Другие свободные радикалы также парамагнитны. В молекуле Нг между единственным электроном и ядрами нет экранирующих электронов, поэтому она характеризуется самым высоким значением ПИ = 16,25 эВ и СЭ = = 15,4261 эВ, намного превышающим СЭ других молекул. [c.75]

При наличии у атомов вещества свободных электронов (металлы, полупроводники) появляется особый вид диа- и парамагнетизма, когда действием внешнего магнитно1о поля спиновые магнитные моменты свободных электронов ориентируются, вследствие чего возникает парамагнетизм электронного газа. При наложении внешнего магнитного поля хаотически движущиеся электроны начинают перемещаться по замкнутым орбиталям, что вызывает Диамагнетизм. Соотношение диа- и парамагнетизма для различных металлов неодинаково. Так, у щелочных металлов преобладает парамагнетизм, а у сурьмы и висмута —диамагнетизм. При малых концентрациях свободных электронов (полупроводники) магнитная восприимчивость существенно зависит от температуры, при высоких концентрациях (металлы) — почти не зависит от нее. [c.192]

Неспаренный электрон в магнитном поле в дополнение к спиновому угловому моменту обладает также небольшим орбитальным угловым моментом. Взаимодействие между этими моментами, называемое спин-орбитальным взаимодействием, приводит к тому, что этот электрон имеет эффективный магнитный момент, несколько отличающийся от момента свободного электрона, и соответственно изменяются условия резонанса. Поэтому при данной частоте радикалы с различными -факторами будут поглощать СВЧ-энергию при различной напряженности поля. Разница в -факто-рах свободного электрона и радикала до некоторой степени аналогична химическому сдвигу в спектрах ЯМР. Эти различия мaJfы, но весьма существенны для установления структуры радикала. Ниже в качестве примера приведены значения -факторов некоторых органических радикалов [6, с. 47] [c.12]

Поскольку -электроны предпоследнего слоя не принимают участия в образованш внешнеорбитальных комплексов, число непарных электронов, определяющих магнитный момент, не отличается от числа непарных электронов в свободном ионе, и тем самым наличие неизмененного магнитного момента свободного иона совместимо с наличием ковалентных связей указанного типа. [c.316]

Если же мы откажемся от классификации Таубе, то наличие неизмененного в процессе комплексообразованпя магнитного момента свободного иона все же может считаться аргументом в пользу преобладания в соответствующем случае ионной связи. Однако изменения величины момента, включая случаи, когда он становится равным нулю, еще не обязательно отвечают преобладанию ковалентной связи. Эти изменения лишь свидетельствуют о том, что электронная структура центрального пона претерпела изменения в результате его сочетания с прпсоеднненными лигандами. Подобные изменения могут иметь место как в результате действительного возникновения ковалентных связей, так и в результате расщепления термов центрального иона под влиянием э.дектростатического поля, создаваемого лигандами. [c.316]

Физика явления. Основное условие ирименения метода ЭПР — наличие в исследуемой системе несна-реиных электронов с соответствующими магнитными моментами (свободные радикалы, ионы-радикалы, парамагнитные ионы). Появление магнитных свойств обязано вращательному движению электронов. Движущийся электрич. заряд создает магнитное ноле. Поэтому любая частица, имеющая неспаренный электрон — будь то атом, ион, свободный радикал,— подобна маленькому магнитику. Движение электрона в атоме по орбите приводит к появлению орбитального магнитного момента. Вращение электрона вокруг собственной оси — спин, создает спиновый магнитный момент. В отсутствии внешнего магнитного поля все магнитные моменты частиц имеют хаотич. направление и одинаковую энергию Е ,. Поэтому в сложной системе магнитных моментов суммарный магнитный момент равен О, и магнитные микроскопич. свойства вещества не проявляются. В постоянном магнитном поле пространственная ориентация магнитных моментов не может быть произвольной. Они ориентированы таким образом, чтобы их проекции на направление цриложенного поля принимали лишь нек-рые определенные значения. [c.481]

Осцилляторами реакций окисления-восстановления могут быть вещества и соединения, отличающиеся высокой реакционной способностью и обеспечивающие непрерывный процесс переноса электронов. Такими свойствами обладают прежде всего свободные радикалы. Они представляют собой отдельные атомы, их группы, молекулы, имеющие на внешней (валентной) орбитали неспаренный электрон. Способность осуществлять цепную реакцию обусловлена у них нескомпенсиро-ванными магнитными моментами неспаренных электронов, а легкость и быстрота вступления их в химическую реакцию -наличием свободной валентности. Характерным свойством свободных радикалов, связанным с электронным спиновым магнетизмом, является также их парамагнетизм. В отличие от большинства органических веществ клеток, являющихся диамагнетиками, отталкивающимися от магнита и ослабляющими поле, свободнорадикальные парамагнетики притягиваются полем и усиливают его. Особую роль могут играть радикалы с ферромагнитными свойствами, у которых величина добавочного поля в поле магнита ниже точки Кюри круто возрастает во много раз. При усилении поля магнита можно добиться увеличения добавочного поля, но лишь до определенного предела, после которого наступает насыщение. Выше точки Кюри ферромагнетики приобретают свойства парамагнетиков. Для определения зависимости магнитной восприимчивости от поля значение намагниченности следует разделить на соответствующие значения магнитной восприимчивости. Восприимчивость резко возрастает в области малых полей, достигает максимума, а затем убывает. [c.79]

Рассмотрим принцип метода ЭПР. Нескомпенсирован-ный магнитный момент неспаренного электрона в свободных радикалах делает всю молекулу парамагнитной. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты неспаренных электронов ориентированы хаотически. Если свободный радикал помещается во внешнее магнитное поле, то эти магнитные моменты могут ориентироваться только одним из двух способов по полю (при этом энергия электронов уменьшается) или. против поля (энергия возрастает) (рис. 11). Разность энергий этих двух энергетических состояний определяется выражением [c.46]

Поскольку промежуточный продукт, семихинон, образуется путем потери одного протона и одного электрона, он является свободным радикалом это означает, что данная молекула содержит делокализованный одиночный неспаренный электрон. Стабильность вободных радикалов варьирует в широких пределах. Некоторые радикалы, например СНз , существуют не более нескольких наносекунд. Время существования других, например Ог, исчисляется миллисекундами или же, если они обладают большими резонансными структурами, которые позволяют делокализацию неспаренного электрона, их стабильность увеличивается и такие радикалы могут быть легко обнаружены с помощью физических приборов. Магнитные моменты двух партнеров электронной пары имеют противоположные направления, следовательно они гасятся. Так как магнитный момент неспаренного электрона не скомпенсирован, молекула приобретает общий магнитный момент, равный такому мо- [c.332]

Еще одно важное свойство бензола находит себе объяснение — это анизотропия диамагнитной восприимчивости. В очень грубом приближении делокализация я-орбиталей означает свободное движение л-электроков по всему периметру бензольного кольца. При внесении бензола в магнитное поле движение электронов по кольцу становится направленным, подобным круговому току, не испытывающему сопротивления. С этим движением электронов связано возникновение в поле индуцированного магнитного момента, перпендикулярного плоскости бензольного кольца. В этом направлении диамагнитная восприимчивость максимальна. Расчет ее на основе представления о круговом токе дает значение, близкое к наблюдаемому. [c.118]