Водород, орто-пара магнитные свойства

Водород существует в двух формах орто-, в которой ядра имеют параллельные спнны, и пара-, где спины антипараллельны. При температуре, близкой к абсолютному нулю, молекулы нахо-, дитси главным образом в геара-форме, в состоянии наиболее низкого энергетическогро уровня. При комнатной температуре около 75% водорода существует в орто-форме. (Две формы отличаются друг от друга различными физическими свойствами.) Так как ядерный спин исчезает в пара-форме водорода, эта форма не проявляет магнитных свойств газа. Парамагнитные соединении (например, Ог, редкоземельные элементы и радикалы) способствуют конверсии. Механизм конверсии, катализируемой атомами водорода, можно представить в виде [c.142]

Для водорода характерен особый случай аллотропии (аллотропия -— свойство химического элемента существовать в виде нескольких форм простых веществ). Изотопы атомов Н, О и Т образуют двухатомные молекулы На, Ог, Тг, НО, НТ и ОТ, из них молекулы Hj, Ог и Тг существуют в двух ядерно-изомерных формах спина орто-форме и пара-форме. Существование двух модификаций молекул водорода связано с различной взаимной ориентацией ядерных спинов атомов и, следовательно, с различными значениями вращательных квантовых чисел, В молекулах пара-водорода ядерные спины антипараллельны и вращательные квантовые числа четные. Орто-водород имеет параллельные спины и нечетные квантовые числа. Ядерная спиновая изомерия является исходной причиной различных магнитных, спектральных и термических свойств обеих модификаций. Пара- и орто-модификации водорода обладают различ- [c.56]

Молекула водорода двухатомна и ядра (Н+) характеризуются определенным спином. Отсюда следует, что возможны два случая взаимной ориентации спинов одинаковая и взаимно противоположная. Действительно, водород существует в двух формах, отличающихся некоторыми физическими свойствами, но химически равноценных — орго-водород и /гара-водород. В молекуле орто-во-дорода (о-водород) направления спинов совпадают, в молекуле пара-водорода (п-водород) они противоположны. При 300 К равновесная смесь обеих форм содержит приблизительно 75%- о-водорода и 25% /г-водорода. При низких температурах относительное содержание о-формы в равновесной смеси понижается однако превращение одной формы в другую возможно лишь при диссоциации и соответствующей рекомбинации. Поэтому процессы взаимных превращений протекают по поверхности катализаторов (например, угля) или под влиянием мощных магнитных полей. [c.148]

Другой, более косвенный метод обнаружения радикалов по их магнитным свойствам заключается в способности их катализировать орто-пара-конверсию водорода [14]. Чистый пара-водород очень медленно превращается в равновесную смесь одной части пара- и трех частей орто-водорода. Присутствие свободных радикалов сильно ускоряет это превращение. По кинетике превращения можно судить о концентрации радикалов. Такое ускорение происходит не только в газовой и жидкой фазах, но и на твердых поверхностях, имеющих радикальную природу (дифенилпикрилгидразил, уголь). Однако и этот метод весьма ограничен, поскольку он так же, как и предыдущий, не позволяет идентифицировать радикалы и встречает серьезные трудности при количественной обработке результатов. [c.9]

Магнитные свойства. Важным следствием различной ориентации ядерных спинов для орто- и пара-формы водорода является различие в их магнитных свойствах, так как магнитный момент определяется ядерным спином и вращательным квантовым числом. Параводород имеет непараллельные спины, компенсирующие друг друга и не влияющие поэтому на величину магнитного момента при низких температурах все эти молекулы собираются на самом низком вращательном уровне (/=0), так что момент будет равен нулю. [c.90]

Пятьдесят лет назад в монографии Катализ в теории и практике Тейлор и Ридил впервые попытались систематизировать накопленные к тому времени данные о катализе. Разработанные в последующие годы новые химические и физические методы исследования в значительной мере способствовали весьма быстрому и интенсивному развитию теории катализа и широкому использованию катализаторов в промышленности. Так, для изучения каталитических систем стали широко применять реакции орто — пара-конвер-сии водорода, обмена с дейтерием и тритием, реакции с использованием радиоактивных изотопов, большое значение имело выяснение строения лигандов в металлоорганических соединениях, обнаружение свободных радикалов, определение свойств полупроводников, а также применение для изучения каталитических систем различных магнитных, оптических и электронных приборов. Широкое использование катализаторов в промышленности (синтез и окисление аммиака, гидрирование ненасыщенных масел, все расширяющееся производство химикатов нефтеперерабатывающей промышленностью и т. д.) убедительно показало, что исследование механизма катализа важно не только в научных целях. [c.9]

Купер и Эли [21] предложили изящный метод изучения активности сплавов палладия с золотом, который состоит в исследовании орто-пара-конверсии водорода. Мерой каталитической активности служила энергия активации реакции последняя сравнивалась с магнитной восприимчивостью (свойство, определяемое электронной структурой). Сплавы золота с палладием были выбраны ввиду того, что изменение параметров решетки при переходе от палладия к золоту невелико (0,19А) и почти линейно, причем все сплавы однородны и имеют гранецентрированную кубическую решетку. [c.32]

Однако было установлено, что если обычный водород охлажден до низкой температуры, то отношение орто- к параводороду на самом деле остается неизменным в течение длительного времени и орто- и параводород ведут себя как отдельные соединения. Переход от одного типа к другому происходит очень медленно, за исключением тех условий, когда происходит разделение молекулы водорода на атомы, или при наличии веществ, дюлекулы которых имеют магнитный момент. Конечно, если атомы разделились, то они рекомбинируются таким образом, что образуют равновесную смесь орто- и параводорода, даже несмотря на то, что направления спинов в отдельных атомах не изменились. Вещества с магнитными свойствами действительно способны вызвать изменение направления спина в отдельных протонах. Чистый параводород может быть получен при низких температурах путем охлаждения водорода в присутствии активированного угля, действующего в качестве катализатора этого превращения, возможно, вследствие магнитного взаимодействия. Если затем удалить активированный уголь, то параводород может быть нагрет до комнатной температуры без перехода его в обычную смесь в течение длительного времени. Его свойства отличны от обычного водорода, например, он имеет другую теплоемкость и иную упругость пара. [c.152]

Для обнаружения свободных радикалов можно использовать также два других свойства, связанных с наличием у радикалов магнитного момента,— катализ орто-пара-переходов у водорода и поведение радикалов в форме молекулярных пучков под действием сильных неоднородных магнитных полей. [c.21]

Ю. п. Благой, Б. Н. Зимогляд, Г. Г. Жунь (Физико-технический институт низких температур АН УССР, Харьков). В объемных фазах эффекты, обусловленные различиями свойств орто-пара-модификаций изотопов водорода (за исключением некоторых известных тепловых, магнитных и оптических явлений), даже при весьма низких температурах малы и ими можно пренебречь. Однако было показано [1—9], что при низкотемпературной адсорбции на поверхности некоторых твердых тел происходит разделение водорода и его изотопов на орто-пара-модификации. [c.62]

Параллель между магнитной чувствительностью и каталитической активностью элементов, служащих катализаторами, была доказана экспериментально в нескольких примерах. Фаркаш и Захссе [97] показали, что парамагнитные газы (кислород, двуокись азота и окись азота) индуцируют каталитическую конверсию pH2->i H2 таким же образом, как и ионы группы железа или ионы редких земель. Однако нельзя провести параллели между ролью парамагнитных катализаторов в этой реакции и ролью, которую они играют в любой другой известной реакции, так как пара- орто- превращение происходит без разрушения или образования химических связей, скорее оно заключается в изменении магнитных свойств существующей связи, поскольку магниты, как и следует ожидать, являются хорошими катализаторами для осуществления магнитных возмущений (Кассель). Розенбаум и Хогнесс [2П] нашли, что атомы иода катализируют пара-орто-превращение водорода вследствие своего парамагнетизма. Была сделана попытка сравнить изменения магнитных свойств определенных каталитических смесей при термической обработке, и их поведение при каталитическом разложении окиси азота или окислении окиси углерода [146]. Увеличение активности катализатора совпадало с образованием на поверхности парамагнитной аморфной пленки, специфичной для природы смешанных катализаторов в определенных интервалах температуры. [c.82]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология