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Espectroscopía Mössbauer

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Espectroscopia de Mössbauer es un método para evaluar el estado de oxidación estado de spin electrónico y entorno electrónico de un átomo.

Nuclear momento angular de spin de un átomo, o spin nuclear para el cortocircuito, describe los Estados energéticos discretos disponibles a un núcleo. Los niveles de energía son afectados por el estado de oxidación estado de spin electrónico y entorno de ligando.

Diferencias en los niveles de energía nuclear se reflejan en la energía de la excitación nuclear. Espectroscopía Mössbauer aprovecha esta relación irradiar una muestra sólida con rayos gamma en un rango estrecho de energías y comparando las energías absorbidas por la muestra de valores conocidos.

Este video discutir los principios de la espectroscopia Mössbauer, ilustran el procedimiento para determinar el estado de spin y el estado de oxidación de ferroceno y presentar algunas aplicaciones en química.

Cuando un núcleo absorbe o emite un rayo gamma, cierta energía se pierde al retroceso. Así, los rayos gamma emitidos por un núcleo relajante no puede excitar un núcleo idéntico.

Sin embargo, un porcentaje de absorción y emisión de eventos en las estructuras cristalinas tienen insignificante retroceso, permitiendo que la resonancia ocurra entre núcleos idénticos en sólidos. Esto se llama el efecto Mössbauer.

Un espectrómetro de Mössbauer estándar consiste en una fuente móvil de rayos gamma y un detector de radiación sensible. Espectroscopia de Mössbauer de hierro se realiza con una fuente de Co 57, que decae por captura de electrón a emocionado 57Fe.

Los diversos ambientes químicos de los núcleos de fuente y la muestra como resultado en los espacios de energía ligeramente diferente entre la tierra y Estados excitados. La fuente por lo tanto se mueve hacia adelante y hacia atrás a diferentes velocidades para inducir un cambio Doppler en los rayos gamma.

El detector de la radiación mide los rayos gamma que se transmite a través de la muestra. Cuando los rayos gamma recibidos la energía exacta necesaria para excitar la muestra, puede ocurrir absorción resonante entre la fuente y la muestra.

Típicamente, un espectro Mössbauer parcelas % transmisión vs energía en términos de velocidad de la fuente.

El isómero cambio es el cambio en la energía de resonancia en relación con la fuente y se relaciona con el estado de oxidación del átomo.

Niveles de energía nuclear partió cuando el gradiente de campo eléctrico circundante es no-esférica, dando por resultado dos energías de absorción distintos. Esta interacción, llamada división del cuadrupolo, se produce en entornos de ligand asimétrico y en las vueltas nucleares más de ½.

División de resultados en un doblete de cuadrupolo en el espectro Mössbauer de cuadrupolo. En estos casos, el isómero es a medio camino entre los dos picos y el quadrupole División de valor es la diferencia entre los picos.

División hiperfina ocurre en un campo magnético interno o externo. Cada nivel de la energía nuclear se divide en subestados basados en su estado de spin nuclear. 57 Fe tiene seis permitidas las transiciones entre esos Estados, dando por resultado seis picos.

Ahora que usted entiende los principios de la espectroscopia Mössbauer, vamos a ir a través de un procedimiento para determinar el estado de oxidación y el estado de spin electrónico de ferroceno con espectroscopía Mössbauer.

Para comenzar el procedimiento, medir 100 mg de ferroceno en un recipiente de muestra de Mössbauer de polioximetileno.

Añadir a la muestra que unas gotas de un aceite de crioprotector compuestas de una mezcla de polyisobutylenes. Use una espátula para mezclar la muestra y el aceite en una pasta uniforme. Utilizando pinzas, coloque la taza llena de Mössbauer en un vial de centelleo de 20 mL y cap para el transporte a la sala de los instrumentos Mössbauer.

Una vez en la sala de instrumentación, congelar la muestra en líquido N2.

A continuación, retire la sonda de temperatura de la varilla de la muestra. Desenrosque la varilla de la muestra y la cámara Mössbauer se llenan de gas. Luego, con el gas que fluye, retirar la varilla de la muestra.

Cerrar la cámara de muestra con tapa y cerrar la válvula de.

Transferir la muestra de Mössbauer en un contenedor secundario llenado de líquido N2. Luego, cuidadosamente cargar la Copa de muestra de Mössbauer en el portamuestras montado en barra y ajuste el tornillo para fijar la taza en el soporte.

Un cepillo en el portamuestras y la barra de hielo. Luego, sumerja el sostenedor de la muestra en líquido N2y abrir la válvula de.

Inserte la varilla de la muestra en la cámara y fijar la varilla en su lugar con tornillos.

Luego, detenga el flujo de y evacuar la cámara de muestras.

El espectro Mössbauer de ferroceno tiene un doblete de cuadrupolo solo con un cambio de isómero de 0.54 mm/s. En comparación con rangos típicos de isómero turnos para el hierro que contienen los compuestos, el cambio de isómero sugiere ya sea un fe (II), S = 0 complejo o una fe (III), S = complejo de 5/2.

Desde el protón NMR de ferroceno, se conoce que el compuesto es un complejo diamagnético, neutral. Además, sus dos ligandos cyclopentadienyl cada uno llevan una carga de 1, indicando que el centro de hierro de ferroceno en el estado de oxidación 2 +. Por último, basándose en el resultado de Mössbauer, es evidente que ferroceno tiene un estado de spin 0.

Espectroscopía Mössbauer es ampliamente utilizada en química inorgánica. Echemos un vistazo a algunos ejemplos.

Proteínas hierro-azufre contienen racimos de Fe/S de dos o más átomos de hierro por átomos de S. En una proteína de hierro-azufre de ferredoxina , el clúster diiron 2 + contiene dos centros de fe (III) de alto espín. Cambio de acoplamiento entre estos Fe centros de resultados en un estado general diamagnético con un giro de 0. Los espectros Mössbauer individuales de cada centro de Fe son indistinguibles unos de otros, por lo que el espectro de la ferredoxina muestra sólo un doblete de cuadrupolo.

Ferredoxinas participan en el transporte de electrones las reacciones redox en sus átomos de Fe. Por ejemplo, una ferredoxina puede aceptar un electrón por una reducción del solo-electrón en uno de los centros de Fe, resultando en un clúster con un centro de fe (III) de alto espín y un centro de fe (II) de alto espín. Esto aparece como dos dobletes de cuadrupolo superpuestos en el espectro Mössbauer.

Lipoyl sintasa, que contiene dos grupos de 4-Fe/4-S, realiza el paso final del lipoyl cofactor síntesis. El mecanismo propuesto involucra un intermediario con el sustrato reticulado a un racimo de Fe/S degradado.

Para investigar las propiedades de los intermedios de reacción, los espectros Mössbauer se adquirieron en la presencia y la ausencia de un campo magnético débil. Espectro de la diferencia resultante demostró sólo los efectos de un campo magnético externo en los cambios químicos. El espectro de la diferencia fue combinado con un espectro simulado, revelando una relación de 2:1 de un par de Fe mezclada-Valente y un sitio de fe (III).

Sólo ha visto introducción de Zeus a la espectroscopia Mössbauer. Ahora debe estar familiarizado con los principios del efecto Mössbauer, el procedimiento para realizar espectroscopia de Mössbauer Fe de 57y algunos ejemplos de cómo se utiliza espectroscopía Mössbauer en química inorgánica. ¡Gracias por ver!

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