Магнитные взаимодействия, энерги

Основное внимание мы уделим факторам, влияющим на энергию, необходимую для поглощения у-квантов образцом. Существуют три типа взаимодействий ядер с химическим окружением, которые приводят к небольшим изменениям энергии, необходимой для поглощения 1) сдвиги резонансных линий за счет изменения в электронном окружении, 2) квадрупольные взаимодействия и 3) магнитные взаимодействия. Эти эффекты дают информацию, имеющую значение с химической точки зрения, и будут рассмотрены в первую очередь. [c.287]

При действии магнитного поля Ега коллоидные растворы ферромагнитных материалов между частицами в дополнение к обычным поверхностным силам появляются магнитные дипольные силы. Во внешнем магнитном поле энергия взаимодействия магнитных диполей [c.123]

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]

В ЭТОМ случае магнитное взаимодействие ядра и электронной оболочки атома может быть представлено посредством введения векторного потенциала ядра % и плотности тока электронной оболочки атома к]. Энергия такого взаимодействия может быть записана в виде [c.211]

Значит, результирующее значение приращения энергии уровней ядра за счет магнитного взаимодействия можно записать как [c.211]

У частицы, характеризуемой спиновым квантовым числом 5, возможно 25--1-1 независимых ориентаций спина и, следовательно, столько же независимых ориентаций магнитного момента. Энергия взаимодействия магнитного момента с магнитным полем равна произведению проекции магнитного момента на направление поля на величину магнитной индукции поля. Поэтому частица, имеющая в отсутствие магнитного поля энергию Е, в магнитном поле в зависимости от ориентации спина приобретает энергию от Е- - ]хЗВ до Е—g SB, где ц — соответствующий магнетон. Иными словами, в магнитном поле энергетический уровень парамагнитной частицы, характеризуемой спиновым числом 5, расщепляется на 25+1 уровень. Это расщепление называется эффектом Зеемана. [c.100]

Спектры ЯМР представляют в виде кривых поглощения энергии. Для жидких веществ и растворов на кривых поглощения имеются узкие линии (доли герца), по которым можно обнаружить очень слабые магнитные взаимодействия, характеризующие хими- [c.284]

В ней было показано, что . ) урав-. нение Шредингера справедливо не только для атома, но й для молекулы 2) химическая связь имеет электрическую. природу, поскольку в уравнении Шредингера в качестве потенциальной энергии рассматривалась только энергия электростатического взаимодействия ядер и электронов 3) электронная плотность в области между ядрами в молекуле На выше, чем простое наложение электронной плотности атомов 4) химическая связь обусловливается парой электронов, ставшей общей для двух ядер, в результате тождественности и неразличимости электронов 5) простая связь между атомами водорода осуществляется при условии, если их орбитальная собственная функция симметрична относительно координат обоих электронов, т. е. связь образуется парой электронов с антипараллельными спинами. Антипараллельность спинов является не причиной образования химической связи за счет магнитных взаимодействий, а выражением условий квантовомеханической микросистемы, в которой действуют электрические силы 6) отсутствие связи между атомами водорода вследствие понижения электронной плотности между ядрами имеет место при параллельных спинах их электронов 7) энергия связи определяется обменной и кулоновской энергией, а также интегралом перекрывания. Основную роль при этом играет обменная энергия, возникновение которой есть следствие учета квантовомеханического принципа неразличимости электрона (их обмен местами не имеет физической [c.80]

Наличие магнитного момента атома, связанного с орбитальным движением электрона, обусловливает его взаимодействие с магнитным полем. Энергия такого взаимодействия согласно классической электродинамике равна [c.51]

При описании парамагнитной релаксации мы не принимали во внимание квадрупольный момент ядра, который порождается отклонением распределения ядерного заряда от сферической симметрии. Ядра со спиновым числом У, большим 1/2, обычно обладают квадрупольным моментом. Такие ядра взаимодействуют с неоднородным внутрикристаллическим полем, магнитные подуровни энергии возмущены этим взаимодействием неодинаково (рис. 159), и в результате ядерная магнитная резонансная линия для кристаллического образца расщепляется на ряд составляющих линий [10—13]. [c.378]

Рассмотрим некоторые примеры. Предположим, что наибольший вклад в энергию спинов РП дает взаимодействие с внешним магнитным полем. Энергия магнитного момента /л в поле с магнитной индукцией равна [c.22]

На спиновую динамику РП можно влиять и переменным магнитным полем. Энергию взаимодействия со сверхвысокочастотным (СВЧ) полем можно записать в виде [c.24]

Как уже отмечалось в первой лекции, в этих лекциях речь идет только о влиянии сравнительно слабых магнитных взаимодействий на скорость химических реакций. Например, энергия сверхтонкого взаимодействия в СНэ радикале на 5 порядков меньше, чем тепловая энергия кТ при комнатной температуре. Но это взаимодействие способно обеспечить синг-лет-триплетные (S-T) переходы в РП за несколько наносекунд. В силу малости энергии тех взаимодействий, которые ответственны за обсуждаемые магнитные эффекты, они не оказывают заметного влияния на константы равновесия, а могут только ускорить или замедлить элементарные стадии реакции. Поэтому речь в этих лекциях идет о кинетическом магнитном эффекте в реакциях. Магнитный эффект проявляет себя в конкуренции различных каналов преврашения в элементарных стадиях реакции. [c.30]

Действие спинового катализатора не связано с уменьшением энергии активации реакции. Магнитные взаимодействия радикалов с парамагнитными добавками вносят пренебрежимо малый вклад в энергетику реакции, но они изменяют спиновое состояние РП, снимают спиновый запрет на рекомбинацию РП. Таким образом, спиновый катализатор управляет реакцией, индуцируя в РП переходы между синглетным и триплетным состояниями, которые характеризуются разной реакционной способностью [1, 2]. [c.62]

Поляризация спинов означает некоторую упорядоченность в их ориентации. Это может быть преимущественная ориентация в направлении (или против направления) постоянного внешнего магнитного поля. Это может быть и упорядоченность во взаимной ориентации спинов. Например, в условиях термодинамического равновесия в отсутствии внешнего магнитного поля спины в разбавленных парамагнетиках ориентированы во всех направлениях с равной вероятностью. Если включить постоянное внешнее магнитное поле, то в равновесии спины обнаруживают преимущественную ориентацию относительно внешнего магнитного поля, т.е. появляется равновесная поляризация спинов. Равновесную поляризацию спинов можно описать и в терминах населенностей спиновых состояний. Предположим, что дан ансамбль систем, содержащих протоны, и что взаимодействием между протонами можно пренебречь. Во внешнем магнитном поле спин каждого протона имеет два стационарных состояния, отвечающих проекции спина 1/2 и —1/2 на направление внешнего магнитного поля. Энергии этих состояний равны, соответственно, [c.76]

Определим теперь добавочную энергию, которую приобретает атом за счет взаимодействия между магнитным моментом атома и внешним магнитным нолем. Энергия магнита с моментом М, расположенным под углом ф к направлению поля //, равна [c.122]

Для расчёта изменения энергии АС используем теорию возмущений. Чтобы избежать решения сложного векового уравнения для вырожденных состояний 18ш в1 >, мы перейдём к другому представлению, в котором матрица возмущения диагональна. Благодаря возмущению орбитальный и спиновый моменты электрона не сохраняются - они связаны магнитным взаимодействием (н зависит от угла между I и I). Сохраняющейся величиной является полный момент [c.53]

Магнитный момент ядра может занимать дискретный ряд ориентаций по отношению к постоянному внешнему магнитному полю, в связи с чем энергия магнитного взаимодействия ядра с полем имеет несколько значений. Под влиянием высокочастотного поля происходят изменения ориентации магнитного момента и наблюдается резонансное поглощение высокочастотной энергии. Частота резонанса связана с напряженностью магнитного поля. [c.27]

Прежде, чем приступить к анализу той информации, которая содержится в сигнале ядерного магнитного резонанса, полезно систематически рассмотреть взаимодействия, в которых принимает участие ядерный магнитный момент. Энергия взаимодействия во всех случаях имеет классическую форму [c.29]

Однако определяющее значение приобретает при этом отношение Х= 11 , / кТ (энергии магнитного взаимодействия 11а К энергии теплового движения частиц кТ). В устойчивом коллоидном растворе этот параметр должен быть порядка единицы или меньше [c.662]

Суммарное электрическое поле, действующее на электрон в атоме, отличается от кулоновского поля ядра, однако в некотором приближении его можно считать сферически симметричным. Состояние электрона в таком поле будет характеризоваться четырьмя квантовыми числами п, I, пг, т . Сохраняя терминологию, введенную для атома водорода, будем называть эти квантовые числа соответственно главным квантовым числом, орбитальным квантовым числом, магнитным квантовым числом и спиновым квантовым числом. Три последние квантовые числа определяют орбитальный момент количества-сдвижения, его проекцию на ось г и проекцию спина электрона на ось г. Главное квантовое число п в кулоновском поле однозначно определяет энергию состояния. В сложных атомах, без учета спин-орбитального взаимодействия, энергия электрона зависит от двух квантовых чисел п и I эти числа используются для обозначения соответствующих энергетических состояний п1. Обычно вместо численных значений 1 = 0, 1, 2,. .. пишутся соответственно малые латинские буквы 5, р, й, f, g,. .. [c.358]

I и /. В молекулах, содержащих легкие элементы, Ац имеет величину порядка 102 цикл сек и энергия взаимодействия значительно меньше, чем энергия дипольного взаимодействия. Обменное взаимодействие проявляется в этом случае в спектрах ядерного магнитного резонанса жидкостей и газов, где диполь-ное взаимодействие усредняется до нуля за счет беспорядочного молекулярного движения. Константа A j возникает вследствие магнитного взаимодействия спина ядра со спином электрона и, таким образом, пропорциональна произведению атомных сверхтонких расщеплений у рассматриваемых атомов. Эти расщепления в свободном атоме зависят от квадрата атомной (з-со-стояние) волновой функции неспаренного электрона у ядра. 5-Электронная плотность валентных электронов у ядра возрастает с увеличением атомного номера, и для таллия она в 20 раз больше, чем для водорода, так что для металлического таллия Ац оказывается примерно в 400 раз больше, чем для молекулы водорода Ац = 43 цикл сек). [c.33]

Ядро с ядерным спиновым квантовым числом I 1 также характеризуется электрическим моментом, и неспаренный электрон взаимодействует как с магнитным ядерным, так и с электрическим моментом. Градиент электрического поля на ядре может взаимодействовать с ква-друпольным моментом (такое взаимодействие изучается с помощью спектроскопии ядерного квадрупольного резонанса), и это взаимодействие влияет на энергии электронных спиновых состояний через ядерно-электронное магнитное взаимодействие как возмущение второго порядка. Влияние квадрупольного взаимодействия обычно носит сложный характер, поскольку этому взаимодействию сопутствует значительно большее магнитное СТВ. Ориентация ядерного момента квантуется как по отношению к градиенту электрического поля, так и по отношению к направлению магнитного поля. Если направление магнитного поля и оси кристалла параллельны, квадрупольное взаимодействие приводит только к небольшому смещению всех энергетических уровней на по- [c.45]

Квантовое число тп получило название магнитного, поскольку от его значения зависит взаимодействие магнитного поля, создаваемого электроном, с внешним магнитным полем. В отсутствие внешнего магнитного поля энергия электрюна в томе не зависит [c.57]

Правда, открытие в 1926 г. у электрона собственного момента количества движения — спина — и установление того, что у пары электронов, образующих химическую свяаь, сгшны имеют противоположную ориентацию в пространстве (спины антипараллельны, что изображается так ), как бы явилось доказательством, что именно образование электронной пары является причиной образования химической связи. Чтобы придать физический смысл такому подходу, иногда в учебной литературе говорится, что химическая связь образуется за счет взаимодействия магнитных полей с противоположными спинами или магнитных полей, образующихся при согласованном движении электронов по атомным орбитам в противоположные стороны. Однако оказывается, что при самых благоприятных предположениях энергия такого магнитного взаимодействия могла бы объяснить лишь ничтожную долю энергии химической связи. [c.17]

Чтобы выстроить спины обоих электронов в одном направлении, необходимо, по принвдшу Паули, перевести один из электронов на возбужденный уровень и сообщить при этом атому энергию А =Ау. Эта энергия может быть сообщена атому внешним магнитным полем, взаимодействующим с собственным магнитным моментом электрона. При изменении направления спина в магнитном поле энергия электрона изменится на 2 м В. [c.152]

Наиболее важной проблемой, с точки зрения аналитического применения метода, является природа процессов релаксации в жидкостях. При рассмотрении возможности передачи энергии путем спонтанной эмиссии, теплового излучения, электрических взаимодействий показано, что найденные экспериментально времена релаксации Т, и Та, например, протонов воды могут быть объяснены лишь при учете магнитных взаимодействий между частицами через локальные магнитные поля. Локальные поля будут флуктуировать, поскольку молекулы в растворах совершают трансляционные, вращательные и колебательные движения. Компонента создаваемого таким образом переменного поля с частотой, равной частоте резонанса, вызывает переходы между энергетическими уровнями изучаемого ядра совершенно так же, как и внешнее радиочастотное поле. Скорость процесса, приводящего к выравниванию энергии в спиновой системе и между спиновой системой и решеткой , будет зависеть от распределения частот и интенсивностей соответствующих молекулярных движений. При эюм следует учитывать следующие виды взаимодействий магнитное диполь-дипольное, переменное электронное экранирование внешнего магнитного поля, эле.ктрпческое квад-рупольное взаимодействие (эффективное для ядер с / > /2), спин-вращательное, спин-спиновое скалярное между ядрами с разными значениями I. [c.739]

Если ВД0Л1, осп 2 приложено поле В, энергия магнитного. момента равна - (это следует из обычной теории магнитных взаимодействий). Таки.м образо 1, электрон с квантовым числом /Пг по.ц-част избыточную энергию, равную [c.500]

Авакян П. и Меррифилд Р. исследовали влияние внешнего магнитного поля на триплет-триплетную аннигиляцию экситонов в молекулярных кристаллах [2]. При столкновении двух триплетных экситонов возможен перенос энергии с образованием одной синглетно-возбужденной молекулы. Образовавшаяся таким образом возбужденная молекула высвечивает квант света, и в эксперименте регистрируется именно эта задержанная флуоресценция. Физика магнитного полевого эффекта для этого процесса связана с тем, что два триплетных экситона встречаются в состояниях с суммарным спином 5 = О, 1 или 2. Только пара триплетных экситонов с 5 = О дает задержанную флуоресценцию. Но если при встрече двух экситонов происходит спиновая динамика, т.е. осуществляются переходы между состояниями с 5 = О, 1, 2, то в итоге в задержанную флуоресценцию могут дать вклад все столкновения, столкновения с разными значениями суммарного спина в момент сближения экситонов друг к другу. Насколько эта спиновая динамика окажется эффективной, зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Как мы увидим позже, формально схема влияния внешнего магнитного поля на аннигиляцию триплетных экситонов аналогична ситуации рекомбинации РП. Отличие прежде всего в том, что аннигиляция триплетных экситонов - это еще не химическая реакция, и в том, что в случае триплетных экситонов и в случае радикалов эффективны разные магнитные взаимодействия. [c.5]

Рис. 5. Масштаб магнитных взаимодействий в сравнении с тепловой энергией кТ и энергией активации молекулярных перегруппировок На этой диаграмме и характеризуют обменное и диполь-дипольиое спин-спиновое взаимодействие неспаренных электронов двух радикалов (эти взаимодействия зависят от расстояния между радикалами), М сов спин-орбитальное взаимодействие, пЖ и - зеемановская энергия взаимодействия электронов и ядер с постоянным внешним магнитным полем в существующих ЭПР и ЯМР спектрометрах, энергия сверхтонкого взаимодействия электронов и ядер, энергия взаимодействия электронных спинов с переменными магнитными полями (энергия измеряется в электрон-вольтах).

Штриховой линией на рис. 3 отмечена область, которая соответствует РП. Видно, что это область, в которой энергии синглетного и триплетного термов близки или равны в зависимости от расстояния между радикалами (координаты реакции). Такое вырождение уровней энергии РП создает предпосылки для того, чтобы сравнительно слабые магнитные взаимодействия эффективно смешали синглетное и триплетное состояния РП. [c.20]

Совершенно ясно, что тонкая структура спектров ЯМР жидкостей не обусловлена прямым магнитным взаимодействием через пространство спиновых магнитных моментов (диполей) ядер, хотя подобное взаимодействие играет важную роль при исследовании спектров твердых тел [5, стр. 152 и сл.]. Теоретически показано, что благодаря тепловому хаотическому движению молекул составляющая локального поля у любого ядра, параллельная внешнему полю и возникающая в результате прямого взаимодействия диполей, усредняется до нуля [5, тр. 118]. Это эмпирически подтверждается тем, что резонансные спектры жидкостей, обусловленные только магнитноэквивалентными ядрами, ни при каких условиях не расщепляются. Например, наличие в метильной группе трех протонов сказывается на площади резонансной кривой, но не на ее множественности (см. рис. 5,6). В настоящее время считается, что тонкая структура обусловлена косвенным взаимодействием ядерных спннов через валентные электроны. Хотя суммарный спиновый магнитный момент электронов в ковалентной связи или заполненной оболочке благодаря спариванию электронных спинов равен нулю, ядерный диполь вызывает слабую магнитную поляризацию валентных электронов [32—34]. Электронная спиновая плотность, не равная нулю, появляется в других облястях связи и в зависимости от степени делокализации электронов, возможно, на более далеких расстояниях. Соседний ядерный диполь взаимодействует со спиновой плотностью в этой области, и (квантованная) энергия системы зависит от относительной ориентации обоих спиновых моментов ядер, а также от их ориентации во внешнем магнитном поле. Подобное косвенное взаимодействие не усредняется в жидкостях до нуля за счет хаотического движения молекул и вызывает расщепления, не зависящие от внешнего поля, имеющего определенный порядок величины [32]. Кроме того, как будет показано далее, постулированное взаимодействие таково, что взаимодействие между полностью эквивалентными ядрами не приводит к появлению таких эффектов, которые можно было бы установить экспериментально. [c.289]

В парамагнитных веществах магнитные моменты отдельных гюиов, со.тержащих неспаренные. электроны, ориентированы случайным обра. ом. Их унс1рядочепие ироисходит лишь под действием внешнею магнитного ноля. Энергия взаимодействия меладу диполем и магнитным нолем может быть легко рассчитана. Детали этого расчета в настоящем разделе пс приводятся, по в целом можно сказать, что величина этой энергии больше тепловой энергии ионов или диполей, равной кТ. [c.135]

Несмотря на то, что характерные времена теплового движения в полимерах достаточно малы и не превышают 10 —10 ° с, время спин-решеточной релаксации Т обычно велико и составляет несколько секунд или минут. Причиной этого является слабое взаимодействие между системой спинов и решеткой. Казалось бы, что тепловое движение атомов должно достаточно быстро изменить взаимодействие между магнитными моментами ядер, однако в силу того, что энергия такого взаимодействия значительно меньше общей энергии магнитных диполей, которые были поляризованы внешним магнитным полем, то элементы полимерных цепей должны подвергнуться многократным переориентациям, прежде чем заметно уменьшится общее магнитное взаимодействие. Спад вектора намагниченности (которая была обусловлена ориентацией ядерных магнитных моментов) представляет собой процесс перехода к равновесию между системой спинов и решеткой. Спип-решеточная релаксация, связанная с молекулярным движением, наблюдается наиболее отчетливо, когда частота тепловых колебаний сравнима с частотой [c.212]

Ферромагнитные частицы в магнитном поле п электрически заряженные коллоидные частицы в электрическом поле во многом ведут себя аналогично [86]. Мелкие частицы, обладающие сравнительно небольшой энергией магнитного взаимодействия, образуют в поле малопрочные нитевидные агрегаты, находящиеся в слабом броуновском движении и быстро распадающиеся после выключения поля. Такие агрегаты, содержащие в поперечном сечении десятки и сотни фиксированных мелких частиц, отделенных друг от друга толстыми жидкими прослойками, представляют собой ПКС, подобные тактоидам. Если на гидрозоль магнетита наслоить воду и приложить внешнее неоднородное поле так, чтобы магни-тофоретическая сила была направлена нормально к поверхности золя, то движения отдельных частиц через гра- [c.136]

Величина Нпок является результатом дипольного магнитного взаимодействия между ядрами. Вследствие этой причины постоянное магнитное поле немного меняется при переходе от одного ядра к другому. Зависимость величины поглощенной энергии I от частоты со описывается кривой поглощения I = I (il). При фиксированной частоте и изменяющейся величине постоянного магнитного поля эта кривая выражается уравнением 1=1 Н ). Во многих случаях экспериментальные результаты приводятся в виде dUdH = / (Я). [c.210]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология