7.2: Jądra atomowe: Spin jądrowy

Wszystkie cząstki atomowe posiadają wewnętrzny moment pędu, czyli „spin”. Każdy elektron, proton i neutron ma wartość spinu ½, chociaż protony i neutrony w jądrach mogą mieć wyższe spiny półcałkowite ze względu na czynniki energetyczne.

Jądra atomowe mają spin jądrowy netto, CoreOrgo italic i, który może mieć wartość całkowitą lub półcałkowitą. W jądrach atomowych spiny protonów są sparowane względem siebie, ale nie z neutronami i odwrotnie. W konsekwencji parzysta liczba protonów nie wpływa na wartość spinu jądrowego, to samo dotyczy neutronów.

Jądra węgla-12 i tlenu-16 zawierają parzystą liczbę zarówno protonów, jak i neutronów i mają zerowy spin jądrowy (CoreOrgo italic i = 0). Kiedy jądro zawiera nieparzystą liczbę protonów (np. Protium) lub neutronów (np. węgiel-13), spin jądrowy jest liczbą połową całkowitą ze względu na niesparowany nukleon. Jądro zawierające nieparzystą liczbę neutronów i protonów ma niezerowy spin całkowity. Wszystkie jądra o niezerowych spinach są aktywne w NMR.

Jądra o spinie większym niż ½ nazywane są jądrami kwadrupolarnymi. Ponad dwie trzecie naturalnie występujących jąder aktywnych w NMR jest czterobiegunowych (przykłady obejmują azot-14, tlen-17, siarkę-33, bor-11 i chlor-35). Jądra kwadrupolarne mają niesferyczny rozkład ładunku, co prowadzi do asymetrycznych pól elektrycznych i magnetycznych, co skutkuje szerokimi sygnałami i złożonym zachowaniem NMR. W związku z tym do badań NMR preferowane są jądra o połowie spinu, ze sferycznym rozkładem ładunku i symetrycznymi polami.

Wszystkie cząstki atomowe posiadają wewnętrzny moment pędu lub "spin". Elektrony, protony i neutrony mają wartość spinu równą połowie.

W przeciwieństwie do elektronów, protony i neutrony w jądrach mogą mieć wyższe spiny, ale wartości są zawsze połówkami liczb całkowitych.

Wszystkie cząstki w jądrze przyczyniają się do ogólnego spinu jądrowego, I.

W jądrach protony łączą się w pary z protonami, a neutrony łączą się w pary z neutronami. Sparowane cząstki wnoszą do jądra zerowy spin wypadkowy. Tak więc jądro o niezerowym spinie ma co najmniej jedną niesparowaną cząstkę.

Jeśli liczba protonów lub neutronów jest nieparzysta, spin jądra jest połową liczby całkowitej z powodu niesparowanego protonu lub neutronu.

Podobnie, jeśli zarówno liczba neutronów, jak i protonów jest nieparzysta, spin jądrowy jest niezerową liczbą całkowitą.

Mimo że wszystkie jądra o niezerowych spinach są aktywne w NMR, jądra połówkowe spinowe - ze sferycznym rozkładem ładunku i symetrycznymi polami - są preferowane do badań NMR.