7.2: 原子核:核スピン

すべての原子粒子は、固有の角運動量、つまり「スピン」を持っています。電子、陽子、中性子のスピン値はそれぞれ1/2ですが、原子核内の陽子と中性子はエネルギー要因により半整数スピンが高くなる可能性があります。

原子核には正味の核スピンがあり、、整数または半整数の値を持つことができます。原子核では、陽子のスピンは互いに対になっていますが、中性子とは対になっておらず、その逆も同様です。したがって、偶数の陽子は核スピン値に寄与せず、中性子についても同じことが言えます。

炭素12と酸素16の原子核は、陽子と中性子の両方を偶数含み、正味の核スピンはゼロです( = 0)。原子核に奇数の陽子(プロチウムなど)または中性子(炭素13など)が含まれている場合、不対核子のために核スピンは半整数になります。奇数の中性子と陽子を含む原子核は、ゼロ以外の整数スピンを持ちます。非ゼロスピンを持つすべての原子核はNMR活性です。

スピン値が1/2より大きい原子核は四極子核と呼ばれます。天然に存在するNMR活性核の3分の2以上は四極子です(例としては、窒素-14、酸素-17、硫黄-33、ホウ素-11、塩素-35などがあります)。四極子核は非球状の電荷分布を持ち、電場や磁場が不斉になり、広範なシグナルと複雑なNMRの振る舞いをもたらします。その結果、球状の電荷分布と対称的な場を持つスピン半原子核がNMR研究に好まれます。

すべての原子粒子は、固有の角運動量、つまり「スピン」を持っています。電子、陽子、中性子のスピン値はそれぞれ半分です。

電子とは異なり、原子核内の陽子と中性子はスピンが大きくなる可能性がありますが、値は常に半整数です。

原子核内のすべての粒子は、全体的な核スピンIに寄与します。

原子核内では、陽子は陽子と対になり、中性子は中性子と対になります。ペアになった粒子は、原子核への正味のスピン寄与がゼロです。したがって、スピンがゼロでない原子核には、少なくとも1つの不対粒子があります。

陽子または中性子の数が奇数の場合、不対の陽子または中性子のために核スピンは半整数です。

同様に、中性子と陽子の両方の数が奇数の場合、核スピンはゼロ以外の整数になります。

ノンゼロスピンを持つすべての原子核はNMR活性ですが、NMR研究には球状の電荷分布と対称磁場を持つスピン半原子核が好まれます。