7.2: Núcleos Atômicos: Spin Nuclear

Todas as partículas atômicas possuem um momento angular intrínseco, ou “spin”. Os elétrons, prótons e nêutrons têm cada um um valor de spin de ½, embora prótons e nêutrons nos núcleos possam ter spins de meia-ordem superiores devido a fatores energéticos.

Os núcleos atômicos têm um spin nuclear líquido, CoreOrgo itálico i, que pode ter um valor inteiro ou de meia-ordem. Nos núcleos atômicos, os spins dos prótons estão emparelhados entre si, mas não com os nêutrons, e vice-versa. Consequentemente, um número par de prótons não contribui para o valor do spin nuclear, e o mesmo se aplica aos nêutrons.

Os núcleos de carbono-12 e oxigênio-16 contêm números pares de prótons e nêutrons e têm spin nuclear líquido zero (CoreOrgo itálico i = 0). Quando o núcleo contém um número ímpar de prótons (por exemplo, prótio) ou nêutrons (por exemplo, carbono-13), o spin nuclear é de meia-ordem por causa do núcleon desemparelhado. Um núcleo contendo números ímpares de nêutrons e prótons tem um spin inteiro não nulo. Todos os núcleos com spins não nulos é ativos em RMN.

Núcleos com valores de spin maiores que ½ é chamados de núcleos quadrupolares. Mais de dois terços dos núcleos naturalmente ativos de RMN é quadrupolares (exemplos incluem nitrogênio-14, oxigênio-17, enxofre-33, boro-11 e cloro-35). Núcleos quadrupolares têm distribuição de carga não esférica, levando a campos elétricos e magnéticos assimétricos que resultam em sinais amplos e comportamento complexo de RMN. Consequentemente, núcleos com spin de meia-ordem, com distribuição de carga esférica e campos simétricos, é preferidos para estudos de RMN.

Todas as partículas atômicas possuem momento angular intrínseco, ou 'spin'. Elétrons, prótons e nêutrons têm um valor de spin de metade.

Ao contrário dos elétrons, prótons e nêutrons nos núcleos podem ter spins mais altos, mas os valores são sempre meio inteiros.

Todas as partículas em um núcleo contribuem para o spin nuclear geral, I.

Nos núcleos, os prótons emparelham com prótons e os nêutrons emparelham com nêutrons. As partículas emparelhadas contribuem com spin líquido zero para o núcleo. Assim, um núcleo com spin diferente de zero tem pelo menos uma partícula desemparelhada.

Se o número de prótons ou nêutrons for ímpar, o spin nuclear é um meio inteiro por causa do próton ou nêutron desemparelhado.

Da mesma forma, se o número de nêutrons e prótons for ímpar, o spin nuclear é um inteiro diferente de zero.

Embora todos os núcleos com spins diferentes de zero sejam ativos em RMN, os núcleos de spin - com distribuição de carga esférica e campos simétricos - são preferidos para estudos de RMN.