但確實是存在的,而且對核子的能級高低是有影響的。干式氮吹儀雖然中子也有自旋角動 量,但中子是不帶電荷的,照理其核磁矩應為零,但實驗結果卻表明,中子自旋也 產生核磁矩,這是出乎意外的(對這一反常現象的一種解釋是:中子可以看作是 由一個質子做核心,外面緊緊圍著一層帶負電的 π介子云組成的體系。質子和 負 π介子的電荷相互中和,因而整個中子不帶電。但質子被裹在里面,其正電 荷造成的磁矩較小,而負 π介子在外面,其負電荷造成的磁矩較大,兩者抵消一 256第六章 有機化合物 部分后,尚多余一部分負磁矩)。因此核子(包括質子和中子)的自旋都會產生 一定的磁矩,即為核磁矩。 (2)由于核子自旋有兩種不同的取向,因而核磁矩是有方向的矢量。與電 子自旋可以配對相似,自旋相反的核子也可兩兩配
對。不過必須是質子與質子 配對,中子與中子配對,中子與質子是不能配對的。當核子兩兩配對時,它們的 核磁矩大小相等,方向相反,正好相互抵消,總核磁矩為零。因此,對于質子數 (即元素的原子序數)和中子數(等于原子質量數與原子序數之差)都為偶數的 原子核,其核自旋量子數為零(I=0),這類核的磁矩亦為零。而如果某元素(某 種同位素)原子核的質子數或中子數為奇數,或兩者皆為奇數,則它們的核自旋 量子數不等于零(I≠0),這種核就有一定的核磁矩。如11H、136C、199F、178O、147N等 原子的核都具有一定的核磁矩,而126C、168O、188O等原子的核磁矩皆為零。 (3)當原子核處于外磁場中(在任何一個實際體系中,即使不另加外磁場, 對于任一指定分子而言,體系中其它分子即構成了外磁場)。由于原子的核磁 矩與外磁場的相互作用,隨著原子核磁矩取向的不同,其與
外磁場相互作用的大 小亦不同,這就會影響到分子或原子核的能級。核磁矩與外磁場相互作用產生 的能級,稱為磁能級或核磁能級。對于核自旋量子數為I(I≠0)的原子核,在外 磁場作用下,只能有(2I+1)個方向,每種取向代表核在該磁場中的一種能量狀 態(即一種核磁能級)。換句話說,外磁場對I≠0的核所起的作用,是使它們原 來簡并的(2I+1)個能級分裂開來。這些能級稱為核的Ze eeman能級。 例如,質子11H的核自旋量子數為I=1/2,故在外磁場中有(2I+1)=2個取 向;147N核自旋量子數I=1,其在外磁場中有(2×1)+1=3個取向;而3517Cl的I 值為2/3,它在外磁場中有(2×2/3)+1=4種取向等。即11H的核磁能級在外磁 場作用下能分裂為兩個能級。而N和35Cl在外磁場中其核磁能級,可分為分裂 14717