Resonancia de spin electrónico RSE (Fiz0311)

Objetivo

- Determinación del campo de resonancia magnética $B_0$ en función de la frecuencia de resonancia elegida $\nu$ .

- Determinación del factor $g$ del DPPH.

- Determinación del ancho de línea $\delta B_0$ de la señal de resonancia.

Equipamiento

- 1 aparato básico para RSE

- 1 unidad de operación para RSE

- 1 par de bobinas de Helmholtz

- 1 osciloscopio de dos canales

- 2 cables para mediciones BNC/4 mm

- 1 amperímetro

- 3 bases

- Cables

Introducción

Desde su descubrimiento por E. K. Zavoisky (1945), la resonancia de spin electrónico (RSE) se transformó en un importante método de investigación de estructuras moleculares y cristalinas, de reacciones químicas y otras problemáticas de la física, la química, la biología y la medicina. Se basa en la absorción de radiación electromagnética de alta frecuencia por parte de sustancias paramagnéticas en presencia de un campo magnético externo en el cual los estados de spin de los electrones se desdoblan.

La resonancia de spin electrónico está limitada a sustancias paramagnéticas ya que en ellas los impulsos angulares orbitales y los spins de los electrones se suman en un impulso angular total distinto de cero. Son particularmente adecuadas, por ejemplo, las uniones en que los átomos no tienen completas sus órbitas internas (metales de transición, tierras raras), las moléculas orgánicas (radicales libres) que contienen electrones no apareados, o los cristales con huecos en su estructura reticular en un estado paramagnético.

El impulso angular total $\vec{J}$ está relacionado con el momento magnético

$\vec{\mu_J} = -g_J \cdot \frac{\mu_B}{\hbar} \cdot \vec{J} \qquad\qquad\qquad (1)$

donde:

- $\vec{\mu_B} =\frac{\hbar}{2} \cdot \frac{e}{m_e} = 5,788 \cdot 10^{-5}eV/T$ es el magnetón de Bohr

- $g_J$ factor de Landé

- $\hbar = \frac{h}{2 \pi}$ , donde $h$ es la constante de Planck

- $e$ y $m_e$ la carga y masa del electrón respectivamente.

En un campo magnético $\vec{B_0}$ , el momento magnético $\vec{\mu_J}$ adquiere la energía potencial

$E = - \vec{\mu_J} \cdot \vec{B_0} \qquad\qquad\qquad (2)$

Esta energía está cuantizada, ya que el momento magnético y el impulso angular total sólo pueden admitir determinadas orientaciones discretas respecto del campo magnético. Cada orientación del impulso angular corresponde a un estado de determinada energía potencial en el campo magnético. Para la componente $J_Z$ del impulso angular total, paralela al campo magnético, se tiene

$J_Z = \hbar \cdot m_J \qquad\qquad\qquad (3)$

con $m_J=-J, -(J-1), ..., J$

donde el número cuántico de impulso angular $J$ vale $n$ ó $n + 1/2$ (donde $n$ es un número entero), esto es, la energía potencial se desdobla en niveles discretos de Zeeman

Resonancia de spin electrónico RSE (Fiz0311)

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