Магнитные свойства ядер

Введение.

Историческая справка.

Авторство Рентгена об открытии рентгеновских лучей не было оспорено, хотя и оспаривалось физиком, выходцем из Западной Украины Иваном Полюем, который учился у выдающегося физика Макса Планка, работал в Вене. Именно Иван Полюй открыл излучение, изобрел свои рентгеновские лампы, которые, судя по научным публикациям, были лучше, чем у Рентгена (да и раньше появились). Рентген якобы открыл Х-лучи в 50-летнем возрасте, давно будучи профессором и директором физического института, вращался среди выдающих физиков, и, естественно, знал о работах Полюя, сумел заявить об изобретении как о своем собственном.

Попытки Полюя отстоять свое авторство (обращался во многие научные общества Европы) ни к чему не привели, он обращался даже к Эйнштейну, на что последний ответил, что за Рентгеном стоит вся Европа, а «за тобой, Иван, только далекая Рутения».

Лекции № 2 и 3. ТЕОРИЯ ЯМР. (испр. 3.05.12)

Метод ЯМР для исследования структуры соединений стал применятся вначале 50-х годов прошлого столетия. Явление ЯМР было открыто в 1946 году независимо друг от друга двумя американскими физиками – Феликсом Блохом и Эдвардом Парселлом, которые за свое открытие уже в 1952 году получили нобелевскую премию, что свидетельствует о важности и значимости этого открытия. Благодаря своей эффективности и информативности метод ЯМР удивительно быстро усовершенствовался и в настоящее время, как один из наиболее информативных спектральных методов, широко применяется для исследований, особенно в области органической химии.

Здесь, как и в других видах спектроскопии, в основе процесса поглощения излучения веществом лежит соотношение Планка для энергии одного кванта:

Е = hn,

где h – универсальная постоянная Планка, квант действия.

Длина волны применяемого излучения лежит в радиочастотном диапазоне при рабочей частоте прибора n_о = 60 МГц (l ~ 5 м), при рабочей частоте современных приборов ЯМР n_о = 900 МГц длина волны соответствует уже микроволновой области (l ~ 30см). Энергия кванта настолько мала (0,024Дж/моль при l ~ 5 м), что не может изменить ни энергию электронов, ни колебательную, ни вращательную энергии молекул. Такой квант может повлиять только на спиновое состояние ядра.

Помимо массового числа М и заряда ядра, равного порядковому номеру элемента в периодической системе, имеется еще одна, третья, характеристика ядра – спиновое квантовое число ядра I, связанное с вращением ядра вокруг собственной оси. Рассмотрим модель вращательного заряда:

Вращающееся ядро представляет собой вращающийся заряд, по сути дела это соленоид, вдоль оси которого возникает магнитный дипольный момент. Однако, эта модель лишь качественно согласуется с экспериментом, ибо не объясняет наличие магнитного дипольного момента нейтрона и отсутствие его в немагнитных ядрах типа ¹²С₆.

Момент количества движения Р – величина квантованная:

Р = ћ Ö І(І + 1),

где І – спиновое квантовое число ядра, подчиняющееся следующим правилам:

1. Для ядер с четными числами протонов и нейтронов І=0. Это немагнитные ядра: ¹²С₆, ¹⁶О₈, ²⁸Si₁₄, ³²S₁₆, ⁵⁶Fe₂₆.

2. Ядра с нечетными числами протонов и нейтронов (четное массовое число) обладают целочисленным спином, например: І = 1 (²D₁ и ¹⁴N₇), І = 3 (⁵В₁₀).

3. Ядра с числами протонов и нейтронов различной четности. Примеры:

І= ½ (¹H₁, ¹³C₆, ¹⁹F₉, ³¹P₁₅);

І= 1½ = 3/2 (⁵B₁₁, ³⁵Cl₁₇, ³⁷Cl₁₇);

І= 2½ = 5/2 (¹⁷O₈, ²⁷Al₁₃).

За своими магнитными свойствами все ядра делятся на 3 группы:

1. Немагнитные ядра с І=0: ¹²С₆, ¹⁶О₈, ²⁸Si₁₄, ³²S₁₆, ⁵⁶Fe₂₆.

2. Магнитные ядра с І= ½: ¹H₁, ¹³C₆, ¹⁹F₉, ³¹P₁₅

3. Квадрупольные ядра с І > ½: ²D₁ и ¹⁴N₇ (І = 1), ⁵В₁₀ (І = 3), ⁵B₁₁ (І = 3/2).

На магнитных ядрах, для которых m ¹ 0, наблюдается ЯМР: протонный магнитный резонанс на ядрах водорода (ПМР), ЯМР на ядрах ¹³C₆ (ЯМР ¹³C₆), ЯМР на ядрах ¹⁹F₉ (ЯМР ¹⁹F₉), ЯМР на ядрах ³¹P₁₅ (ЯМР ³¹P₁₅).

На квадрупольных ядрах, которые кроме m ¹ 0 имеют еще и квадрупольный электрический дипольный момент m^е ¹ 0, наблюдается ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР).

Дата добавления: 2014-01-20