物质的磁性和磁共振谱.ppt

关于物质的磁性和磁共振谱第1页，共38页，星期日，2025年，2月5日磁化率的大小和温度有关系。根据物质磁性的起源、磁化率的大小和温度的关系，可将物质分为三大类：反(抗)磁性物质、顺磁性物质、铁磁性物质。也有些书将其细分为五类：反(抗)磁性物质、顺磁性物质、铁磁性物质、亚铁磁性物质、反铁磁性物质。第2页，共38页，星期日，2025年，2月5日反磁性：物质中全部电子在原子轨道或分子轨道上都已配对、自旋相反，没有永久磁矩。顺磁性：原子或分子中有未成对电子，存在永久磁矩，但磁矩间无相互作用。当无外磁场时，无规则的热运动使磁矩随机取向，外加磁场时有一定的定向排布。铁磁性：未成对电子数多，磁矩大，且磁矩间有一定的相互作用。原子磁矩平行排列。亚铁磁性：相邻原子磁矩部分呈现反平行排列。反铁磁性：在奈尔温度以上呈顺磁性；低于此温度时，因磁矩间相邻原子磁矩呈现相等的反平行排列，使磁化率随温度降低而减小。第3页，共38页，星期日，2025年，2月5日磁性原子之间可以产生很强的相互作用，可使它们的磁矩不借助于外加磁场而自发地排列起来，导致了铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性现象。铁磁性物质和亚铁磁性物质属强磁性物质。反磁性物质、顺磁性物质和反铁磁性物质属弱磁性物质。物质具有不同的磁性的原因：(1)物质内部的电子组态，决定原子或分子磁矩。(2)化学成份、晶体结构、晶粒组织和内应力等，这些因素引起磁矩排列情况不同。第4页，共38页，星期日，2025年，2月5日分子、原子中的电子（负电荷）以速度ν在磁场H中运动时，改变了电子运动方向作圆形运动，相当于一个线圈电流。根据电学的安培定则，此线圈电流所产生的诱导磁场方向与原磁场相反，因此具有反磁性。由于任何物质都有电子运动，所以任何物质都具有反磁性。第5页，共38页，星期日，2025年，2月5日顺磁性的原因分子具有永久磁矩（或称固有磁矩）分子有永久磁矩，就象小磁铁一样，置于磁场中时，就会顺着磁场方向排列。但分子的热运动会扰乱这种分子沿磁场H方向的规则取向，在这一对矛盾着的力的作用下，最后可达到平衡。第6页，共38页，星期日，2025年，2月5日什么样的分子具有永久磁矩呢？分子中电子的轨道运动和自旋运动磁矩：总磁矩：，J＝L＋S、L＋S－1、…（L－S）（玻尔磁子），称为朗德因子（无量纲）当S＝0，则J＝L，有gJ=1。这时，分子固有磁矩完全由电子轨道运动所决定。当L=0，则J=S，gJ=2。分子固有磁矩完全由电子自旋运动所决定。第7页，共38页，星期日，2025年，2月5日但不论是否有轨道磁矩，只要S≠0，即含有未成对电子，就有自旋磁矩，因而表现出顺磁性。也就是说，未成对电子的自旋运动对于分子的永久磁矩总是有贡献的。而轨道运动对分子磁矩是否有贡献，则视具体情况而定。第8页，共38页，星期日，2025年，2月5日反磁性存在于一切分子中，反磁磁化率与温度无关。对于顺磁质，顺磁性＞反磁性；对于顺磁质，当电子轨道运动对分子磁矩无贡献时，磁矩与未成对电子数n有如下关系：顺磁磁化率与温度有关：磁化率可由实验（古埃磁天平）测得。实验测得的磁化率是顺磁顺化率？反磁磁化率？第9页，共38页，星期日，2025年，2月5日6.6.2顺磁共振顺磁共振是研究具有未成对电子的物质，如配合物.自由基和含有奇数电子的分子等顺磁性物质结构的一种重要方法，它又称为电子顺磁共振（EPR）或电子自旋共振（ESR）。顺磁共振法应用:⑴测定自由基的浓度⑵测定未成对电子所处的状态和环境⑶测定g值，了解配合物的电子组态第10页，共38页，星期日，2025年，2月5日测定自由基的浓度对自由基可不考虑轨道磁矩的贡献。若每个自由基有一个未成对电子，吸收峰的强度和未成对电子数(即自由基数目)成正比。第11页，共38页，星期日，2025年，2月5日测定未成对电子所处的状态和环境如左例，顺磁谱有5条线，说明该未成对电子受到周围4个H核的核磁矩影响。由此可说明这个未成对电子是在整个苯环中运动的。第12页，共38页，星期日，2025年，2月5日测定g值，了解配合物的电子组态自由电子(没有轨道磁矩的电子)的g=2。具有自旋磁矩又有轨道磁矩时，自旋-轨道的耦合使g≠2。g的大小和未成对电子的化学环境密切相关，通过g值可了解未成对电子的情况。第13页，共38页，星期日，2025年，2月5日6.6.3核磁共振核磁矩和核磁共振的一般原理（1）核自旋