Магнитный момент спина электрон

Полимеры являются диамагнетиками, поскольку в них скомпенсированы электронные парамагнитные моменты (спины электронов). Но так как ядра имеющихся в полимерах атомов имеют магнитные моменты, оказывается возможным поглощение энергии электромагнитного поля. Это обеспечивает применение магнитных методов для исследования их строения и свойств. Наиболее распространенным является метод ядерного магнитного резонанса. [c.231]

Оказалось, что времена ядерной магнитной релаксации 71 и Гг растворителя (изотопы Н и Ю) резко укорачиваются под влиянием парамагнитных катионов за счет прямого диполь-ди-польного и контактного сверхтонкого взаимодействия между электронным и ядерным магнитными моментами. Ввиду большого значения магнитных моментов неспаренных электронов этот механизм эффективен уже при малых концентрациях парамагнитных катионов 10 —10 моль/л [833]. Парамагнитные примеси, создавая сильные магнитные поля на ядрах молекул растворителя, координированных парамагнитным катионом, ускоряют отвод энергии от системы резонирующих ядерных спинов к ее окружению (решетке). Благодаря быстрому обмену молекул воды в координационной сфере аква-комплекса влияние парамагнетика распространяется на весь объем растворителя, и за время релаксации все ядра растворителя успевают побывать в непосредственной близости от катиона. При прочих равных условиях скорость релаксации 01=(1/Г1) или 02=(1/Гг) линейно зависит от концентрации катиона Таким образом, ядерная магнитная релаксация оказывается чувствительным инструментом обнаружения и количественной оценки содержания парамагнитных ионов в растворе. [c.436]

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Много общего с ЭПР имеет явление резонансного поглощения электромагнитной энергии, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер, — ядерный магнитный резонанс. Явление это наблюдается на ядрах далеко не всех атомов. Ядра с четными числами протонов и нейтронов имеют спин / = О и, следовательно, не магнитны. Обычно ЯМР исследуют на ядрах Н , Р и спин которых / = /г. Магнитное квантовое число спина гП] в этом случае принимает два значения пц = Ч- /а и пц = —1/а. Этому отвечают в статическом магнитном поле две ориентации магнитного момента ядра— в направлении поля (т/ = = 1/2) и в противоположном (т/ — — /2), различающиеся по энергии на величину АЕ. При наложении слабого радиочастотного поля, перпендикулярного статическому, происходит резонансное поглощение, приводящее к переориентации спинов при частоте, определяемой условием резонанса V = АЕ/к. Обычно в поле порядка 10 ООО Э ([10 /4я]А/м) ЯМР наблюдается на частоте ч =42,57 мГц. Частота резонанса для ЯМР во столько же раз меньше частоты ЭПР (при одном и том же Н), во сколько раз масса ядра больше массы электрона. (Соответственно ядерный магнитный момент меньше электронного магнитного момента.) [c.149]

В результате протекания химических процессов (полимеризации, химической модификации, структурных изменений под действием у-облучения, в процессах старения) в полимерах возникают радикалы — молекулярные группы, содержащие электроны с нескомпенсированными спинами. Эти группы характеризуются магнитными моментами (спинами электронов), на три порядка большими, чем магнитные моменты ядер. В таких системах наблюдается электронный парамагнитный резонанс, эффективно применяемый для исслед вания химических превращений в полимерах. [c.231]

Так как для радиоволн характерны очень маленькие кванты энергии (/1г<СЮ эВ), возникает вопрос, где в молекуле органического соединения встречаются такие близко лежащие энергетические уровни. Такие переходы возможны в электроне и атомах и они связаны с энергетическими уровнями магнитного момента спина электрона или атомного ядра (магнитный момент возникает благодаря циркуляции заряда вокруг оси частицы). [c.55]

Существует космическое радиоизлучение с длиной волны 21 см. Источником его являются как раз атомы водорода излучение это связано с изменением ориентации магнитного момента, спина электронов, по отношению к спину протонов. Сочетанием в молекуле На ядер с одинаковыми или разными спинами, как вы помните, объясняется существование изомеров водорода. Эти самые спиновые переходы оказались весьма полезны для химиков. [c.200]

Для магнитного момента спина электрона появляется, однако, иное соотношение со спиновым угловым моментом. Отношение этих моментов примерно в два раза больше, чем для орбитальных моментов. Это обстоятельство можно выразить так -фактор для орбитального движения [c.790]

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]

Если систему с неспаренными электронами поместить в постоянное магнитное поле достаточно большой силы, то, согласно условиям квантования, все спины и магнитные моменты этих электронов будут ориентироваться относительно направления поля таким образом, что оси прецессии магнитных моментов будут расположены вдоль или против направления приложенного поля. Таким образом, хаотически расположенные ранее магнитные моменты неспаренных электронов распределяются под влиянием поля по двум группам, обладающим различными энергиями. Разность энергий этих двух возможных электронных состояний равна РН, где д — фактор спектроскопического расщепления, являющийся мерой влияния орбитального магнитного момента на спиновый р — магнитный момент электрона (магнетон Бора) И — напряженность приложенного поля. [c.9]

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 1925 г. было установлено, что электрон вращается вокруг собственной оси и что он имеет магнитный момент. Спин и магнитный момент электрона рассмотрены в разд. 5.5. [c.50]

Сверхтонкая структура. Если в молекуле имеются ядра, обладающие магнитным моментом (/ Ф 0), то с ними может взаимодействовать магнитный момент неспаренного электрона. Ядро со спином / во внешнем магнитном поле имеет 21 1 возможностей ориентации и дает столько же вкладов в В . В этом случае на неспаренные электроны действуют 21 Ч- 1 магнитных полей, в которых может происходить резонансное поглощение наблюдают расщепление линий на 2/ + 1 равноудаленные линии, которые рассматривают как сверхтонкую структуру. [c.267]

В сильных магнитных полях, когда величина Рм5 сравнима с энергией спин-орбитального взаимодействия, взаимодействие магнитного поля с орбитальным и спиновым магнитными моментами каждого электрона становится больше, чем взаимодействие спинового и орбитального магнитных моментов между собой. В этом случае связь Ь8 нарушается и энергия взаимодействия с магнитным полем подчиняется соотношению [c.83]

Все электроны в атоме отличаются друг от друга. Они располагаются на различных энергетических уровнях и подуровнях, различных орбиталях и могут обладать различным собственным магнитным моментом — спином. Число энергетических уровней, содержащих электроны для атома данного элемента, равно номеру периода, а число электронов на внешнем уровне для элементов главных подгрупп — номеру группы. [c.111]

Спин-решеточная релаксация за счет взаимодействия с неспаренными электронами парамагнитных соединений — это весьма эффективный механизм релаксации за счет большего магнитного момента неспаренного электрона. [c.61]

Кроме того, электроны обладают существенными спиновыми магнитными моментами. Спин (англ. вращение) означает собственный момент количества движения микрочастицы, имеющей квантовую природу. Для объяснения физической сущности магнитных свойств материалов в первом приближении принято считать, что электрон вращается вокруг собственной оси как частица (см. рис. [c.240]

Различие между Си и N1, отраженное на рис. 12.8, а, б, весьма заметно сказывается на их магнитных свойствах. Спины электронов, участвующих в связях, спарены и поэтому не дают парамагнитного эффекта. Не участвующие в связях электроны, которые можно рассматривать как атомные , подчиняются правилам Гунда (гл. 2). Это означает, что целиком заполненный слой, например М) не имеет результирующего магнитного момента, а незаполненный слой (3 ) должен его иметь. Если в среднем у 0,6 от общего числа атомов N1 не хватает по одному -электрону, то максимальный момент будет равен 0,6 магнетона Бора на атом, что находится в полном согласии с экспериментальными данными. Медь, напротив, является неферромагнитным металлом. [c.359]

Магнитный момент, связанный со спином электрона, наблюдается в системах, содержащих один или больше неспаренных электронов. Подобные системы притягиваются внешним магнитным полем, т. е. они являются парамагнитными. Однако в большинстве органических и неорганических соединений электроны спарены и магнитный момент, связанный со спином одного из электронов, компенсируется магнитным моментом второго электрона с противоположным направлением спина. Эти материалы являются диамагнитными, т. е. они испытывают со сто-ро ны внешнего магнитного поля слабое отталкивание, связанное с влиянием поля на орбитальное движение спаренных электронов. [c.172]

Мы знаем, в чем главная причина различия этих двух явлений. Два электрона, участвующие в образовании химической связи, должны в соответствии с принципом Паули иметь противоположные значения магнитных моментов (спинов). Но, поскольку при поглощении света поглощается столь много энергии, что один из этих электронов может переместиться совсем в другую часть молекулы, взаимная ориентация электронных спинов уже не лимитируется принципом Паули. Как и раньше, они могут остаться ориентированными противоположно друг другу подобно двум магнитам, поля которых компенсируют друг друга. Такое состояние называется синглетным , или синглетом . Но электронные спины могут стать и параллельными друг другу, так что их магнитные поля складываются и усиливают друг друга. Такое состояние мы называем триплетным , или просто триплетом . Мы знаем, что флуоресценция наблюдается при испускании света молекулами, которые находятся в синглетном состоянии как в начале, так и по завершении процесса. Для фосфоресценции, напротив, необходим переход из триплетного состояния в синглетное, или наоборот. Очевидно, что необходимость изменить ориентацию электронного спина сильно затрудняет испускание света, поэтому оно и протекает более медленно. [c.143]

Ранее указывалось, что электрон обладает спиновым угловым моментом, а вследствие этого спиновым магнитным моментом. Спин может иметь две ориентации, обозначаемые а и (3, по отношению к некоторому выбранному направлению. Эти ориентации соответствуют проекциям углового момента nigli т = /г- Это значит, что спиновый магнитный момент может иметь две ориентации по отношению к приложенному магнитному полю. Энергия электрона в магнитном поле ограничена двумя значениями в соответствии с указан- [c.248]

Явление ЭПР обусловлено магнитными свойствами электрона. Электрон имеет собственный спин 5 и соответствующий ему магнитный момент Ця. При помещении вещества в постоянное магнитное поле Н магнитный момент неспаренного электрона взаимодействует с полем. Проекция спина 5 на направление магнитного поля может принимать два значения —1/2 (по направлению поля) и + 1/2 (против направления поля). Соответственно у электрона в магнитном поле появятся два энергетических уровня, т. е. произой-,дет расщепление исходного уровня Ео на и 2 (рис. 8.10, б) с разностью энергии [c.203]

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]

Спин-орбитальное взаимодействие. У электрона есть спин, и за счет этого сиина он обладает магнитным моментом. Электрон с орбитальным угловым моментом фактически представляет собой циркулирующий ток, и поэтому оп создает магнитное поле, напряженность которого пропорциональна его угловому моменту (рис. 14.13). Магнитный момент, обусловленный электронным спином, взаимодействует с магнитным полем, обусловленным его орбитальным движением это спин-орбитальное взап.модействие. Энергия такого взаимодействия завнснт от ориентации спинового магнитного. момента относительно орбитального магнитного поля. Ориентация [c.493]

Еще одной характеристикой спектра ЭПР является сверхтонкая структура, происхождение которой связано с взаимодействием между магнитным моментом наспаренного электрона и спинами ядер. Это взаимодействие аналогично спин-спиновому взаимодействию в ЯМР (гл. 2, разд. 3). Константа сверхтонкого расщепления А, так же как и константа взаимодействия / в ЯМР-спектроскопии, выражается в герцах Расщепление обусловлено наличием магнитного момента у ядра, вокруг которого вращается электрон, или у расположенного поблизости ядра, а также присутствием другого неспаренного электрона. Иногда наличие или отсутствие расщепления позволяет делать важные в химическом плане заключения Так, в спектре ЭПР иона металла в комплексе расщепление под воздействием ядер лиганда будет наблюдаться только в том случае, если лиганд связан с ионом ковалентной связью [c.349]

Онингем подход, исноль.зуемый обычпо спектроскопистами и. химиками прн расчете величины магнитного момента иопов, которые имеют неспаренные электроны. Считается, что имеются две основные причины возникновения магнитного момента спнн электрона и орбитальное движение электронов. Наибольший вклад в суммарный магнитный момент вносит спин электрона. Грубо можно представить электрон как точечный отрицагель-ный заряд, вращающийся вокруг своей оси. Величина спинового момента и,- в такой модели составляет 1,73 магнетона Бора (цв), где [c.133]

Аналогично электрическим диполям, магнитные диполи могут быть индуцированы воздействием внешнего магнитного поля, а могут быть постоянными, т. е. существующими и в отсутствие внешнего поля. Возникновение тех и других обусловлено молекулярным или атомарным круговым электрическим током (движением электронов по орбитам) или ориентацией электронных магнитных моментов (электронных спинов). Сильное проявление магнетизма веществ связоно с наличием магнитного момента (спина) у электронов. При нечетном числе электронов в электронной оболочке атома он становится постоянным магнитным диполем, а соответствующее вещество — парамагнитным. В дальнейшем будут в основном рассмотрены растворы (дисперсные системы), в которых носителями магнитных свойств являются дискретные элементы (атомы, ионы, молекулы, коллоидные частицы), обладающие постоянным магнитным моментом т. Вне поля они ориентированы хаотично, и вещество не намагничено. Во внешнем поле возникает преимущественная ориентация магнитных моментов вдоль приложенного поля, и вещество в целом намагничивается (рис. 3.64). [c.656]

Расщепление уровней в триплетных состояниях вызывается взаимодействием между спиновым и орбитальным магнитными моментами (спин-орбитальное взаимодействие и магнитным взаимодействием спинов обоих электронов. В триплетных состояниях (1 ) (25)1 и других состояниях без орбитального момента расщепление отсутствует, так как нет выделенных направлений в атоме. В состоянии (15) (2р) и других состояниях с орбитальным моментом пЪявляется выделенное направление (направление углового момента), поэтому спиновые состояния, отличающиеся проекцией спина на это направление, будут отличаться [c.346]

Спин-решеточная релаксация за счет взаимодействия с неспаренными электронами парамагнитных соединений. В принципе этот механизм подобен только что описанному, но гораздо эффективнее, поскольку магнитный момент неспаренного электрона, близкий по величине к магнетону Бора ehIAnMe , приблизительно [c.22]

Магнитный момент ядра F лишь ненамного меньше, чем для Н (см. табл. 1.1), поэтому ЯМР фтора сравнительно высоко чувствителен. (При одной и той же напряженности магнитного поля относительная чувствительность ЯМР различных ядер приблизительно пропорциональна кубу отношения их магнитных моментов). Спин ядра F равен /2 и потому нет необходимости учитывать эффекты, связанные с квадрупольной релаксацией. Благодаря большей поляризуемости электронного облака атома фтора ядро F, как и большинство других ядер, дает сигналы в гораздо большем диапазоне химических сдвигов, чем ядро Н почти 400 м. д. для зр по сравнению с 10—12 м. д. для Н. Это часто позволяет выявлять довольно тонкие различия структуры полимерных цепей (см. гл. 5). Для ЯМР эр нет общепринятой шкалы химических сдвигов. Филипович и Тирс [25] предложили шкалу, в которой в качестве нуля принято положение сигнала летучего СС1зР, используемого как растворитель. Химические сдвиги в этой шкале обозначаются буквой Ф (м. д.), если они экстраполированы к нулевой концентрации, или Ф, если они даются без экстраполяции чаще приводят Ф. [c.50]

ПервыЗ путь — использование явления, обнаруженного Стевен-сом [215] и Оуэном [216]. Оно состоит в том, что орбитальный магнитный момент непарного -электрона восстанавливается, если магнитный электрон распространяется по орбитам всей молекулы. Второй путь — это наблюдение сверхтонкой структуры в спектрах ЭПР оно позволяет оценить волновые функции магнитных электронов. Найденная Гриффитом и др. [217] аномальная сверхтонкая структура, обусловленная взаимодействием типа А1 3 электронного спина с ядерным (в спектре 1гС1 ), также может быть использована для оценки а и р. [c.256]

Метод ЭПР основан на эффекте Зеемана, заключающемся в том, что при введении парамагнигной частицы с квантовым числом 5 в постоянное магнитное поле ее основной энергетический уровень расщепляется на 25 - - 1 подуровней. В простейшем случае, когда в свободнол радикале неспаренный электрон не взаимодействует с ядерными мaгнитпы. ш люментами, все спины и магнитные моменты неспаренных электронов имеют хаотическую ориентацию и одинаковую энергию. Если образец такого вещества поместить в постоянное магнитное поле, то произойдет ориентация спинов и магнитных моментов электронов параллельно и антипараллельно направлению силовых линий приложенного поля. Все промежуточные ориентации запрещены условиями квантования, поскольку спин электрона з может принимать лишь два значения. [c.112]

Если для данного терма квантовые числа I и 5 не равны нулю, необходимо учитывать также взаимодействие магнитного момента, обусловленного электронным спином, с магнитным моментом орбитального движения электрона—так называемое спин-орбитальное взаимодействие. Это взаимодействие ведет к некоторому небольщому расщеплению компонентов энергетических уровней терма — спин-орбитальному или мультиплетному расщеплению. Спин-орбитальное взаимодействие (а значит и соответствующее расщепление) возрастает с увеличением атомного номера для всех переходных металлов. [c.324]