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Nullfeldaufteilung (Englisch: Nullfeldaufteilung oder ZFS) beschreibt verschiedene Wechselwirkungen, die auftreten können in Elektronenspinresonanz (ESR), insbesondere in den Fällen, in denen keine externen Magnetfeld wird eingesetzt. Das Phänomen tritt auf, wenn mehrere ungepaarte Elektronen eine Rolle in einem Teilchen spielen (Ion, Molekül, diradikalisch). Der Elektronenspin des Teilchens ist größer als 1/2. Der Effekt spielt insbesondere beim Verständnis von ESR-Spektren biologisch aktiver Moleküle eine Rolle.
Die Größe der Nullfeldaufteilung wird üblicherweise als sogenannter D-Wert angegeben. Für eine Vielzahl organischer Diradikale wurde der D-Wert mittels ESR bestimmt. Neben ESR, obwohl weniger empfindlich, wird auch von TINTENFISCH (Supraleitendes Quanteninterferenzgerät) um diese Daten zu erhalten.
In Gegenwart eines äußeren Magnetfeldes für ein Elektronensystem mit so = 1 (zwei Elektronen), und damit a Spinquantenzahl ichso = −1, 0 oder 1, eine Division, die durch die Matroseneffekt. In Abwesenheit eines externen Magnetfelds sind die drei Niveaus in erster Näherung degenerieren (sie haben die gleiche Energie). Berücksichtigt man jedoch auch die Wirkung eines Elektrons auf das andere Elektron, zeigen die drei Niveaus einen kleinen Unterschied, die Nullfeldaufspaltung. Die Energiedifferenzen werden in einer festen Matrix mit ESR gemessen.
Nullfeldaufspaltung in Nitren
In den D-Werten für Nitrene gefunden, wird der Einfluss, den die beiden ungepaarten Elektronen aufeinander ausüben, veranschaulicht. Einfache Nitrene als Imidogen (:NH) oder Trifluormethylimidogen (:NCF3) haben D-Werte von 1 = 1,8 und eine Spindichte nahe dem Maximalwert von 2. In diesen Diradikalen befinden sich die ungepaarten Elektronen hauptsächlich am Stickstoffatom. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Elektronen ist daher beträchtlich. Für Substanzen wie 9-Anthrylnitren und 9-Phenanthrylnitren werden viel kleinere D-Werte von weniger als 0,4 und eine Spindichte auf Stickstoff von 1,2 bis 1,4 gemessen. In diesem aromatisch Diradikalen befindet sich ein ungepaartes Elektron noch am Stickstoff, das andere Elektron ist im aromatischen Ring delokalisiert. Die beiden Elektronen liegen weniger nahe beieinander und ihre Wechselwirkung ist viel kleiner.
Externer Link
- (und) Internetseite: Beschreibung der Ursprünge von Zero Field Splitting
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