Ядерный квадрупольный момент

В рассматриваемой молекуле ядро находится в облаке электронной плотности. Электрический градиент определяется через усредненный по времени электрический потенциал, создаваемый электроном. Кроме того, градиент электрического поля описывается симметричным тензором V 3 X 3, след которого равен нулю. Ядерный квадрупольный момент также описывается тензором Q 3 х 3. Энергия взаимодействия ядерного квадруполя EQ выражается как [c.261]

Размерность квадрупольного момента, вообще говоря, определяется произведением заряда на квадрат расстояния, но обычно в качестве единицы измерения используется барн=10"2 м . Все известные величины ядерных квадрупольных моментов невелики и лежат в пределах —2 с eQ с +10 барн. [c.89]

Электронное окружение квадрупольного ядра в молекуле, не обладающее сферической симметрией, создает неоднородное электрическое поле, которое характеризуется градиентом напряженности электрического поля на ядре (рис. IУ.2). Имеет место взаимодействие ядра, обладающего электрическим квадрупольный моментом eQ с градиентом поля ед. Энергия этого взаимодействия зависит от ориентации эллипсоидального квадрупольного ядра относительно системы главных осей тензора градиента электрического поля, а ее мерой является константа квадрупольного взаимодействия Аналогично тому как квантуется энергия вращающегося электрона в поле положительного ядра, квантуется и энергия квадрупольного взаимодействия. Иными словами, возможны различные квантованные ориентации ядерного квадрупольного момента и соответствующие квадруполь-ные уровни энергии. Эти уровни присущи данной молекулярной системе, т. е. являются ее свойством, в отличие от зеемановских уровней ядер и электронов в спектроскопии ЯМР и ЭПР, которые появляются при воздействии внешнего магнитного поля. Разности энергий, как и сами энергии квадрупольного взаимодействия, зависящие от электрического квадрупольного момента ядра eQ и градиента неоднородного электрического поля е , невелики, и переходы соответствуют радиочастотному диапазону 1(И, 10 Гц, Прямые [c.90]

Ядро обладает собственным моментом импульса — спином. Электроны, окружающие ядро в атоме или молекуле, создают в точке нахождения ядра потенциал К Взаимодействие собственного момента ядра — спина с электронным моментом импульса атома или молекулы приводит к их связи, к образованию результирующего момента. Мерой такого взаимодействия служит константа ядерной квадрупольной связи eQi , где е — заряд электрона д—ядерный квадрупольный момент q = (д У)/(дz ) — градиент электрического поля, создаваемого электронами у ядра г — ось симметрии заряда для линейной молекулы она совпадает с ее осью. Ядерный квадрупольный момент характеризует отклонение распределения заряда в ядре от сферического. Для ядер со спином, равным О или /2. [c.134]

Из табл. 1.1 можно видеть, что все ядра с / > 1/2 обладают ядерным квадрупольным моментом вследствие несферического распределения ядерного заряда. Поэтому такие ядра могут взаимодействовать с градиентами внешних электрических полей, в особенности с градиентами полей электронных оболочек моле- [c.26]

Природный бром состоит из двух стабильных изотопов с массовыми числами 79 и 81 и распространенностью соответственно 50,57 и 49,43 ат. %. Ядра обоих изотопов имеют спиновые и ядерные квадрупольные моменты. [c.11]

Ядерный квадрупольный момент. Разнообразные переходы между энергетическими уровнями, связанные с вращательным движением молекул, проявляются в далекой инфракрасной области (в интервале длин волн 30 нм — 1 мм), при этом у соединений некоторых элементов в далеких инфракрасных спектрах поглощения наблюдаются группы линий с очень небольшим расщеплением (тонкая структура). У нуклидов с ядерным спином, равным 1 и более, из-за деформации ядра электрические заряды распределяются неравномерно — образуется электрический квадруполь. Атомные ядра принимают форму, приближающуюся к эллипсоиду вращения, обозначаемому знаком плюс, если на большой оси расположен положительный заряд, а на малой — отрицательный, и знаком минус, если на большой оси заряд отрицательный, а на малой — положительный. Величина -этих зарядов выражается через электрический заряд электрона и площадь поверхности ядра и составляет в этих единицах 10-26—10-2 e/ м . Вблизи от значений магических чисел нейтронов и протонов эта величина крайне мала, по мере отдаления от них она возрастает по модулю, оставаясь положительной до достижения магического числа и отрицательной — лосле него. [c.52]

Здесь Qk — ядерный квадрупольный момент ядра к. [c.73]

Можно показать в общем виде, исходя из квантово-механического рассмотрения симметрии, что ядра со спином / > /г, как правило, не обладают точно сферическим распределением заряда [89]. У всех ядер спиновая ось является осью симметрии и распределение заряда представляет эллипсоид вращения, который может быть вытянутым или сплюснутым. Это отклонение от сферической симметрии, которое характерно для ядер с / > >/2, количественно выражается электрическим квадрупольным моментом ядер. Квадрупольный момент является тензором, но его можно охарактеризовать единичной скалярной величиной Q, называемой электрическим квадрупольным моментом. Важность ядерного квадрупольного момента в явлении магнитного резо нанса связана с тем, что он в заметной степени взаимодействует с неоднородным атомным электрическим полем и это взаимодействие обычно приводит к резким изменениям спектра ЯМР особенно в твердых веществах. [c.35]

Применять ЯМР лишь для менее распространенных изотопов этих элементов. Если спин больше чем /2, то взаимодействие может осложняться возможностью появления ядерного квадрупольного момента. [c.408]

Ядерный квадрупольный момент. Многообещающий исследовательский метод структурной идентификации и количественных измерений для большинства газов, едкостей и твердых тел. Использует узкополосное радиочастотное резонансное поглощение. [c.408]

Рис. 116. Принцип измерения ядерных квадрупольных моментов.

Ядерные квадрупольные моменты взаимодействуют с вращательными движениями молекул и тем самым обусловливают сверхтонкую структуру во вращательных спектрах. Из этой структуры также можно найти константы квадрупольного взаимодействия. [c.359]

Как и в случае амидов, на ЯМР-спектры незамещенных имидов оказывает влияние ядерный квадрупольный момент ядер В связи с этим сигнал М—Н часто широк (около 9 Гц), и иногда его трудно обнаружить [8]. В случае фталимида наблюдается также сиин-спиновое взаимодействие протона К—И и ядер и 13С (/( М— Н) 93 Гц, /(13С—1Н) 141 Гц) [202]. ПМР-спектры имидов исследовались недостаточно систематически, однако можно отметить некоторые тенденции. Например, константа спин-спинового взаимодействия между соседними метиленовыми протонами в циклических имидах составляет 18,5 Гц для пятичленных колец, но уменьшается до 16,4 Гц для шестичленных колец. Кроме того, было отмечено, что химический сдвиг протонов в положении 2 и [c.447]

Если атомные ядра обладают спином I > 1/2, то распределение положительного заряда в ядре не является сферическим и ядро имеет квадрупольный момент. Примером служат ядра N1 для которых / = 1. В однородном электрическом поле такое ядро не будет стремиться к определенной ориентации, а в неоднородном поле наблюдается другая картина, так как энергия ядра теперь определяется ориентацией квадруполя по отношению к электрическому полю. Возможные ориентации квантованы и в обш,ем случае будут соответствовать различным энергетическим состояниям. Переходы между этими состояниями дают чистый квадрупольный резонансный спектр в диапазоне радиочастот. Энергия взаимодействия ядерного квадруполя с окружающим полем пропорциональна eQq (где е — заряд протона Q — ядерный квадрупольный момент и q — градиент [c.579]

Аналогичные соображения применимы также к квадрупольному расщеплению ядерных уровней в неоднородных электрических полях и к определению ядерных квадрупольных моментов, о чем еще будет сказано ниже. [c.25]

Для фтора неизвестны соединения, в которых атом фтора был бы в заметной степени положительным. Из данных изучения ядерного квадрупольного момента хлора следует, что связь в 1F лучше представлять при полющи резонанса [c.441]

Метод ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) дает возможность измерять неоднородность внутренних электрических полей в молекулах в месте нахождения атомных ядер, если последние обладают электрическим квадрупольным моментом. Энергия взаимодействия между ядерными квадрупольными моментами и градиентами внутримолекулярных электрических полей соответствует частотам, относящимся к области радиоволн. Переходы между энергетическими уровнями можно регистрировать с помощью несколько видоизмененной аппаратуры, применяемой в методе ядерного магнитного резонанса (ЯМР). [c.201]

В настоящее время не существует возможности точно рассчитать среднее значение (ф//10.,] ). Однако по данным опытов с атомными пучками для многих атомов известны экспериментальные значения константы квадрупольного взаимодействия e qQ и путем расчета градиента поля ед для этих атомов можно определить приближенные значения ядерного квадрупольного момента eQ. [c.208]

В предыдущих разделах было показано, что если известен ядерный квадрупольный момент, то по данным спектров ЯКР можно определить компоненты тензора градиента поля. Теперь рассмотрим, каким образом эти компоненты связаны с электронным строением молекул. В уравнениях (15)—(33) предполагалось, что значения д, 7], а следовательно, и гамильтониан усреднены по основному электронному состоянию ЧГ о- В данном разделе мы будем пользоваться операторами q и 7 , которые следует отличать от значений <7 и 7), усредненных поЧ (,. [c.213]

В двухатомной молекуле, в которой связь осуществляется за счет двух электронов, оба электрона имеют антипараллельные спины и занимают орбиталь Рассчитаем обусловленный этими электронами градиент поля у ядра А, которое может обладать ядерным квадрупольным моментом. Тензор градиента поля имеет ось симметрии, совпадающую с направлением связи А — В (т] = 0), так как функция 1 относится к невырожденному орбитальному -со-стоянию молекулы. Поэтому достаточно рассчитать только среднее значение [c.214]

Значения ядерного квадрупольного момента для различных [c.228]

Наблюдаемое в 7-резонансных спектрах квадрупольное расщепление возникает вследствие взаимодействия ядерного квадрупольного момента Q с градиентом электрического поля в области ядра. Величина Q отражает отклонение симметрии ядра от сферической ядра сплющенной формы имеют отрицательный момент, а ядра вытянутой формы характеризуются положительным моментом. Если / = О или /г, то ядро сферически симметрично и для него (3 = 0. [c.251]

Квадрупольное взаимодействие, измеряемое тензором квадрупольного взаимодействия, равно произведению ядерного квадрупольного момента и градиента электрического поля, обусловленного всеми окружающими электронами. Если это распределение кубическое (октаэдрическое или тетраэдрическое), то градиент электрического поля равен нулю. Однако при наличии плотности заряда на связи между двумя атомами, т. е. между атомом переходного металла и атомом лиганда, градиент не равен нулю, а величина квадрупольного взаимодействия является мерой электронной плотности на связи. Напротив, сверхтонкое взаимодействие определяется только распределением неспаренного электрона. [c.400]

Этот новый ВИД спектроскопии твердых тел может дать химику полезную информацию о непосредственном окружении ядра, т. е. об его электронных оболочках. Однако этим методом можно исследовать не слишком легкие ядра (в настоящее время ядра тяжелее, чем К). Смещение резонансных линий, связанное с различными видами химической связи между атомами излучателя (или, наоборот, поглощающего излучения вещества), называют изомерным смещением , соответственно химическим смещением (открыто на атомах железа). Это смещение происходит в результате взаимодействия с 5-электронами. Расщепление спектральных линий, связанное с взаимодействием между электрическим ядерным квадрупольным моментом (разд. 4.2) и орбитальным моментом р- и -электронов, называют квадрупольным расщеплением. Тем самым становится возможным отдельно исследовать распределение 5-, р- и -электронов. Большие успехи были достигнуты, например, при исследовании соединений железа и олова методом мёссбауэров-ской спектроскопии. [c.129]

О, О,, - октаэдрические точечные группы Р —терм с L = l Р, — элемент матрицы порядков связи Q (Q,j) — ядерный квадрупольный момент и его компонли ы q — эффективный заряд атома градиент напряженности электрического поля и его компоненты [c.6]

Привлекательная особенность ЯМР-спектроскопии состоит в том, что исследуемая молекула в целом прозрачна это позволяет беспрепятственно исследовать выбранный простой класс ядер, обладающих магнитными свойствами. Область протонного резонанса не будет содержать пиков, обусловленных какими-либо другими атомами в молекуле, так как, даже когда эти атомы магнитны, их линии поглощения смещены на расстояния, огромные по сравнению с диапазоном спектра протонного резонанса. Атомы углерода и кислорода, образующие скелет молекулы, вообще не дают самостоятельного эффекта. Присутствие других магнитных ядер (например, азота, фтора, фосфора, дейтерия) иногда сказывается на спектрах протонного резонанса, но только в виде нарушения положений пиков нли их множественности, но эти эффекты, как правило, носят предсказуемый Зсарактер. Ядра других галогенов (хлора, брома и иоДа), хотя и обладают магнитными свойствами, не оказывают влияния на множественность пиков протонного резонанса, так как электрическое поле, обусловленное ядерным квадрупольным моментом, взаимодействует с окружающими полями и изменяет ориентацию ядерного спина настолько быстро, что суммарный эффект его действия на соседние протоны сводится к нулю. Таким образом, ЯМР-спектроскопию чаще всего применяют в органической химии в тех случаях, когда требуются данные о числе водородных атомов различных типов в молекуле, а также об их взаимодействии между собой и с другими атомами, входящими в состав молекулы. Как и следовало ожидать, самые простые спектры обычно дают соединения с небольшим числом типов водородных атомов. Большие молекулы, обладающие низкой симметрией, как правило, дaюt довольно сложные спектры, но даже в этом случае удается получить ценные данные, не проводя полного анализа спектра ЯМР и не идентифицируя все пики. [c.257]

К дополнительному градиенту, который в —- со раз больше градиента ноля за счет зарядов, внешних относительно ядра. Коэффициент оо известен под названием антиэкранирующий фактор и для ряда ионов вычислен теоретически [91, 92]. На основании экспериментальных данных можно вычислить только произведение величин 9 и Q, и, следовательно, для определения д нужно измерить ядерный квадрупольный момент каким-либо [c.38]

При определении из сверхтонкого расщепления квадрупольного момента ядра возникают дополнительные трудности. Наличие QфO приводит к нарушению правила интервалов Ланде. Обычно эти отклонения невелики, особенно для легких ядер. В отдельных случаях (большие Q и маленькие 1) полностью меняется характер расщепления. В принципе по этим отклонениям можно определить Q, Для этого надо знать вторую производную электростатического потенциала ф"(0), создаваемога электронами в ядре. Хотя эта величина, или пропорциональная ей постоянная расщепления В, вычисляются в том же приближении, что и Л, ситуация здесь значительно хуже. Б настоящее время нет достаточно точных прямых измерений Q, которые бы позволили оценить точность этих расчетов и роль различных поправок. В частности, не вполне ясно, в какой мере и как надо учитывать поправку на поляризацию электронных оболочек ядерным квадрупольным моментом (так называемая поправка [c.270]

Отношение интенсивности центральной компоненты ( /п- — /г) линий 21, получающихся в результате квадрупольного взаимодействия в кристалле некубической симметрии, к полной интенсивности, включающей все дополнительные компоненты, равно Vio для ядер с / = Va и Vsr, для ядер с / = /г. Дислокации, образующиеся в кристалле при пластической деформации, приводят к локальным отклонениям от кубической симметрии и к появлению градиента электрического поля, который вызывает появление дополнительных компонентов, отстоящих от центрального компонента, который при эффектах первого порядка не изменяется при квадрупольном взаимодействии. Значения eq колеблются в некотором диапазоне, а дополнительные линии не резки и растянуты в широком диапазоне частот или напряженности поля, так что их нельзя наблюдать экспериментально. Это размывание дополнительных линий особенно заметно для Вг , Вг и ввиду больших ядерных квадрупольных моментов и антиэкранирующих факторов для этих атомов. Подобные эффекты можно обнаружить даже в случае весьма совершенных кубических кристаллов. Уаткинс установил [105], что в тер- [c.44]

Следующий эффект касается взаимодействия ядер с другими ядрами, обладающими ядерными квадрупольными моментами (т. е. / > 1/2). Простое спин-спиновое расщепление для протона, связанного с таким ядром, может не наблюдаться скорее можно получить широкий одиночный сигнал. Так, например, азот I = = 1) обладает ядер ным квадрунольным моментом, который имеет тенденцию к ограничению продолжительности жизни во всех его трех спиновых состояниях вследствие быстрой продольной релаксации Tl мало) [131]. Следовательно, взаимодействующий с ним протон будет стремиться увидеть только среднее из различных спиновых состояний, и полоса поглощения будет широкой. В пределе широкий сигнал может стать неотличимым от шума [111]. Этот случай может служить примером частичного снятия спин-спинового взаимодействия. При полном прекращении спип-спино-вого взаимодействия сигнал протонного резонанса становится узким. [c.211]

Энергия различных квадруполь-ных уровней является функцией ядерного квантового спинового числа I, ядерного квадрупольного момента Q и компонентов электронного электростатического тензора градиента поля ядра ё У/бХгбх,-. В случае, если электронное поле имеет аксиальную симметрию, это выражение довольно просто и для целых или полуцелых спинов ядра может быть иллюстрированно рис. 3. Следует отметить, [c.400]

Изотопические смеси. Внедрение изотопической примеси в кристаллическую решётку изотонически чистого материала вызывает в частности деформацию решётки из-за разности молярных объёмов изотопов. В ряде случаев эти искажения решётки в окрестности примесного изотопа можно исследовать с помощью такого локального метода, как ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Локальные деформации решётки изменяют градиент электрического поля вблизи примеси. В результате уровни энергий у атомов с ненулевым ядерным квадрупольным моментом, находящихся в окрестности дефекта, будут иметь квадрупольное смещение, что, в свою очередь, приведёт к уширению линии ЯМР. Недавно С. Верховский с коллегами [72, 73] обнаружили такой эффект изотопического беспорядка в монокристаллах германия, исследуя спектры ЯМР на ядрах Ое. Довольно большой квадрупольный момент ядер Ое I = 9/2, eQ = —0,19 барн) и небольшая концентрация этих ядер в образцах, такая, что прямого диполь-дипольного взаимодействия между ядерными магнитными моментами практически не было, обеспечили высокую чувствительность ЯМР эксперимента по детектированию малых (порядка 10 А) локальных статических деформаций решётки вокруг резонансного ядра. Эта чувствительность почти на порядок величины выше, чем у традиционных методик — рентгеновской и нейтронной диффракции. Поэтому в определённых случаях ЯМР можно рассматривать как мощную методику контроля совершенства кристаллической решётки. [c.70]

Хлор, встречающийся в природе, содержит 75,4 ат. "(Г С1 и 24,6 ат.% - С1. Можно получить образцы, обогащенные тем или другим стабильным изотопо.м, и обогащенный образец использовать в методе меченых атомов. С1 — искусственный радиоактивный изотоп (Р, 2-10 лет) — также можно применить в качестве радиоактивного индикатора. Оба изотопа, встречающиеся в природе, имеют ядерный спин, и использование метода ЯМР в принципе возможно для соединений, содержащих хлор, хотя в этом отношении имеется мало опубликованных данных. Оба ядра имеют электрический квад-рупольный люмент. Изучение взаилюдействия ядерного квадрупольного момента с неоднородным электрическим полем, обусловленным распределением электронов вокруг атолюв, дает интересную информацию о характере связей хлора. [c.422]

Несомненно, что многие из этих линий должны быть очень слабыми. Например, самая дальняя от центра линия системы, состоящей из 19 линий, должна иметь интенсивность, равную только Vsso от интенсивности центральной линии. Если учесть наличие дополнительных линий, возникающих от взаимодействия с ядрами, расположенными в других местах, неидентичности ядерных моментов, анизотропных взаимодействий и влияния ядерных квадрупольных моментов, то становится понятным, что спектр ЭПР /"-HeHTpoB в КВг не имеет даже намека на какую-либо структуру. [c.398]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология