химический каталог




Физические методы исследования в химии

Автор Л.В.Вилков Ю.А.Пентин

дающих спином 1/2, и может также иметь отличный от нуля результирующий спин /, т. е. угловой момент количества движения, характеризуемый вектором Р=Й1, где Й=Л/2я, h — постоянная Планка. Отсутствие или наличие спина ядра и его значение определяются числом протонов и нейтронов, т. е. связаны с такими характеристиками ядра, как его заряд (порядковый номер элемента), равный сумме зарядов протонов, и массовое число (сумма масс протонов и нейтронов). Существуют следующие зависимости ядерного спина от этих величин.

1. При четных значениях заряда и массового числа, т. е. при четных числах протонов и нейтронов: ядерный спин / = 0, например, у таких очень распространенных изотопов, как 12С, 160, 32S и др.

2. У всех элементов с нечетным массовым числом при любом порядковом номере, т. е., когда числа протонов и нейтронов разной четности, ядра имеют полуцелочисленный спин: /==72» 3/г, 5/г,

например, у изотопов ^ nB, 13С, 170, 19F, 27Al, 31Р и др.

3. При четном массовом числе и нечетном заряде, т. е. нечетном числе как протонов, так и нейтронов, ядро обладает целочисленным спином: 2, 3,например, у изотопов 2Н, 10В, 14N,

30Р и др.

Согласно законам классической электродинамики вращение электрически заряженной частицы вокруг некоторой оси дает магнитное поле, совпадающее по направлению с осью вращения. Такая система характеризуется магнитным моментом, пропорциональным угловому моменту количества движения, и эту модель можно использовать для положительно заряженного атомного ядра.

Магнитный момент протона, называемый ядерным магнетоном

'ft.—Г*-. (1-0

где е — заряд; тп — масса протона; с — скорость света; рп = = 5,05-Ю-27 А-м2. Для ядер, обладающих спином, пропорциональность магнитного момента угловому моменту количества движения выражается соотношением

t*n = Y/*P = Ynftb О-2)

где коэффициент пропорциональности уп называется гиромагнитным или магнитомеханическим отношением ядра (отношение магнитного момента к угловому).

Ядерный магнитный момент может быть выражен также через так называемый ядерный ^-фактор, представляющий безразмерную постоянную gn, и ядерный магнетон рп:

Pn-SiiM. (1-3)

а в единицах ядерного магнетона имеем скалярный магнитный момент, по определению равный iin=gnI.

Значения /, ynt gn определяются природой ядра и представляют табулируемые константы. Магнитные свойства ядер некоторых изотопов приведены в табл. 1.1.

Вектор спина 1 = —р согласно квантовой механике связан со

спиновым квантовым числом / соотношением

Ц|=у7(/ + 1), (1.4)

где |1| —модуль, т. е. длина вектора I. 8

В отсутствие внешнего магнитного поля любые ориентации вектора ядерного магнитного момента в пространстве равновероятны, т. е. квантовые спиновые состояния вырождены.

При наложении постоянного магнитного поля В* возникает взаимодействие между ним и магнитным моментом ядра \in, которое при квантово-механическом описании выражается гамильтонианом:

= —ряВ. (1,5)

Энергия этого взаимодействия зависит от ориентации вектора магнитного момента относительно направления поля. Возможен лишь некоторый дискретный набор проекций, т. е. компонент вектора ядерного спина в любом заданном направлении, определяемых магнитным квантовым числом т/, которое принимает 21+ 1 -значений, т. е. от +/ до —/. Если направление магнитного поля В выберем по оси z лабораторной декартовой системы координат (Вг — Ь), а 1г — проекция ядерного спина на эту ось, то гамильтониан взаимодействия ядра с полем (1.5) запишется в виде:

& = -у?ВГж = -gn%BIz. (1.6)

* Мы будем характеризовать магнитное поле, как это принято в современной литературе, его индукцией В, измеряемой в единицах Тл (тесла — в СИ, межднародное обозначение Т): 1 Т=104 Гс (гаусс — в СГС). Вместе с тем иногда используется также напряженность магнитного поля Н, размерность которой совпадает с размерностью магнитной нндукцнн В. Напряженность в 1 Э (эрстед— в СГС) соответствует полю с индукцией в вакууме 1 Гс. Все формулы электромагнетизма, не содержащие электрических величин, в системах СИ и СГС совпадают.

Квантование проекции 1г приводит к тому, что возможны только 27+1 дискретных стационарных состояний с разрешенными собственными значениями энергии Ей полностью описываемых собственными функциями состояний 4?t.

Так, например, у протона или другой частицы со спином 7г возможны только два значения квантового числа mi: +V2 и —V2, т. е. два спиновых состояния с энергиями:

и

Е = —((IX В) = -hJS cos ((Ш), (1.8)

т. е. зависит от абсолютных значений jx, В и угла между векторами (цВ). Я=—\lB, когда вектор ц ориентирован «по полю» cos(fiB) = l, и такое название сохраняют за состоянием |а>; Я—цД когда вектор ц ориентирован «против поля» cos (цВ) = = —1-состояние |р>.

Схема, показывающая расщепление энергетических уровней частицы со спином /='/2, которое прямо пропорционально напряженности постоянного магнитного поля, представлена на рис. 1.1.

В макроскопическом ансамбле частиц, помещенных в постоянное магнитное поле В, равновесная заселенность спиновых состояний при

страница 3
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Скачать книгу "Физические методы исследования в химии" (2.22Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
журнальный столик эшли
ландшафтный дизайн ext,f
нагреватель канальный круглый нк 200 2квт москва
Двухтопливные котлы Unical ELLPREX 3000

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)