Контактное взаимодействие Ферми - Fermi contact interaction

Не путать с Взаимодействие Ферми.

В Контактное взаимодействие Ферми это магнитный взаимодействие между электрон и атомное ядро. Его главное проявление - в электронный парамагнитный резонанс и ядерный магнитный резонанс спектроскопии, где он отвечает за появление изотропных сверхтонкая связь.

Для этого требуется, чтобы электрон занял s-орбиталь. Взаимодействие описывается параметром А, который принимает единицы мегагерцы. Величина А дается этими отношениями

${displaystyle A=-{frac {8}{3}}pi leftlangle {oldsymbol {mu }}_{n}cdot {oldsymbol {mu }}_{e}ightangle |Psi (0)|^{2}qquad {mbox{(cgs)}}}$

и

${displaystyle A=-{frac {2}{3}}mu _{0}leftlangle {oldsymbol {mu }}_{n}cdot {oldsymbol {mu }}_{e}ightangle |Psi (0)|^{2},qquad {mbox{(SI)}}}$

куда А - энергия взаимодействия, μ_п это ядерный магнитный момент, μ_е это магнитный дипольный момент электрона, а Ψ (0) - значение электронного волновая функция в ядре.^[1]

Было указано, что это плохо определенная проблема, потому что стандартная формулировка предполагает, что ядро ​​обладает магнитным дипольным моментом, что не всегда так.^[2]

Упрощенный взгляд на контактное взаимодействие Ферми в терминах ядерного (зеленая стрелка) и электронного спины (синяя стрелка). 1: в ЧАС₂, ¹ЧАС спин поляризует спин электрона антипараллельно. Это, в свою очередь, поляризует другой электрон σ-связь антипараллельно, как того требует Принцип исключения Паули. Электрон поляризует другой ¹ЧАС. ¹Ядра H антипараллельны и ¹J_HH имеет положительное значение.^[3] 2: ¹Ядра H параллельны. Эта форма нестабильна (имеет более высокую энергию E), чем форма 1.^[4] 3: vicinal ¹H J-соединение через ¹²C или же ¹³C ядра. То же, что и раньше, но электрон вращается на р-орбитали параллельны из-за 1. Правило Хунда. ¹Ядра H антипараллельны и ³J_HH имеет положительное значение.^[3]

Использование в магнитно-резонансной спектроскопии

Основная статья: Парамагнитная спектроскопия ядерного магнитного резонанса

¹Спектр ЯМР 1Н 1,1'-диметилникелоцен, иллюстрирующий резкие химические сдвиги, наблюдаемые в некоторых парамагнитных соединениях. Резкие сигналы около 0 ppm относятся к растворителю.^[5]

Грубо говоря, величина А указывает на степень, в которой неспаренный спин находится на ядре. Таким образом, знание А значения позволяет отображать однократно занятые молекулярная орбиталь.^[6]

История

Взаимодействие было впервые получено Энрико Ферми в 1930 г.^[7] Классический вывод этого термина содержится в «Классической электродинамике» Дж. Д. Джексон.^[8] Короче говоря, классическая энергия может быть записана через энергию одного магнитный диполь момент в магнитном поле B(р) другого диполя. Это поле приобретает простое выражение, когда расстояние р между двумя диполями стремится к нулю, поскольку

${displaystyle int _{S(r)}mathbf {B} (mathbf {r} ),d^{3}mathbf {r} =-{frac {2}{3}}mu _{0}{oldsymbol {mu }}.}$

Рекомендации

1. Бухер, М. (2000). «Электрон внутри ядра: почти классический вывод изотропного сверхтонкого взаимодействия». Европейский журнал физики. 21 (1): 19. Bibcode:2000EJPh ... 21 ... 19B. Дои:10.1088/0143-0807/21/1/303.
2. Соливерез, К. Э. (1980). «Контактное сверхтонкое взаимодействие: неопределенная проблема». Журнал физики C. 13 (34): L1017. Bibcode:1980JPhC ... 13.1017S. Дои:10.1088/0022-3719/13/34/002.
3. М, Балджы (2005). Базовая спектроскопия ¹H- и ³C-ЯМР (1-е изд.). Эльзевир. С. 103–105. ISBN  9780444518118.
4. Макомбер, Р. С. (1998). Полное введение в современную спектроскопию ЯМР. Вайли. стр.135. ISBN  9780471157366.
5. Кёлер, Ф. Х., «Парамагнитные комплексы в растворе: подход ЯМР», в eMagRes, 2007, Джон Вили. Дои:10.1002 / 9780470034590.emrstm1229
6. Драго, Р. С. (1992). Физические методы для химиков (2-е изд.). Издательство Saunders College Publishing. ISBN  978-0030751769.
7. Ферми, Э. (1930). "Über die magnetischen Momente der Atomkerne". Zeitschrift für Physik. 60 (5–6): 320. Bibcode:1930ZPhy ... 60..320F. Дои:10.1007 / BF01339933.
8. Джексон, Дж. Д. (1998). Классическая электродинамика (3-е изд.). Wiley. п.184. ISBN  978-0471309321.