Fermiho kontaktní interakce - Fermi contact interaction

The Fermiho kontaktní interakce je magnetický interakce mezi elektron a atomové jádro. Jeho hlavní projev je v elektronová paramagnetická rezonance a nukleární magnetická rezonance spektroskopií, kde je odpovědný za vzhled izotropních látek hyperjemná vazba.

To vyžaduje, aby elektron zabíral s-orbitál. Interakce je popsána s parametrem A, který bere jednotky megahertz. Velikost A je dán těmito vztahy

${displaystyle A = - {frac {8} {3}} pi leftlangle {oldsymbol {mu}} _ {n} cdot {oldsymbol {mu}} _ {e} ightangle | Psi (0) | ^ {2} qquad { mbox {(cgs)}}}$

a

${displaystyle A = - {frac {2} {3}} mu _ {0} leftlangle {oldsymbol {mu}} _ {n} cdot {oldsymbol {mu}} _ {e} ightangle | Psi (0) | ^ { 2}, qquad {mbox {(SI)}}}$

kde A je energie interakce, μ_n je nukleární magnetický moment, μ_E je elektronový magnetický dipólový moment a Ψ (0) je hodnota elektronu vlnová funkce v jádru.^[1]

Bylo zdůrazněno, že se jedná o nedefinovaný problém, protože standardní formulace předpokládá, že jádro má magnetický dipolární moment, což však není vždy pravda.^[2]

Zjednodušený pohled na Fermiho kontaktní interakci z hlediska jaderného (zelená šipka) a elektronu točí se (modrá šipka). 1: v H₂, ¹H spinové polarizace elektronové spinové antiparalelní. To zase polarizuje druhý elektron z σ-vazba antiparalelní, jak požaduje Pauliho princip vyloučení. Elektron polarizuje druhý ¹H. ¹H jádra jsou antiparalelní a ¹J_HH má kladnou hodnotu.^[3] 2: ¹H jádra jsou paralelní. Tato forma je nestabilní (má vyšší energii E) než forma 1.^[4] 3: vicinální ¹H J-spojka přes ¹²C nebo ¹³C jádra. Stejné jako dříve, ale elektron se otáčí dál p-orbitaly jsou paralelní kvůli Hundovo 1. pravidlo. ¹H jádra jsou antiparalelní a ³J_HH má kladnou hodnotu.^[3]

Použití v magnetické rezonanční spektroskopii

¹'H NMR spektrum 1,1'-dimethylnikelocen, ilustrující dramatické chemické posuny pozorované u některých paramagnetických sloučenin. Ostré signály blízké 0 ppm pocházejí z rozpouštědla.^[5]

Zhruba velikost A označuje rozsah, ve kterém nepárová rotace spočívá na jádře. Znalosti o A hodnoty umožňuje mapovat jednotlivě obsazené molekulární orbitální.^[6]

Dějiny

Interakce byla nejprve odvozena od Enrico Fermi v roce 1930.^[7] Klasická derivace tohoto termínu je obsažena v „Classical Electrodynamics“ od J. D. Jackson.^[8] Stručně řečeno, klasická energie může být napsána z hlediska energie jednoho magnetický dipól moment v magnetickém poli B(r) jiného dipólu. Toto pole získá jednoduchý výraz, když je vzdálenost r mezi dvěma dipóly jde na nulu, protože

${displaystyle int _ {S (r)} mathbf {B} (mathbf {r}), d ^ {3} mathbf {r} = - {frac {2} {3}} mu _ {0} {oldsymbol {mu }}.}$

Reference