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Abschirmung und chemische Verschiebung

Der Abschirmeffekt

In den vorherigen Kapiteln sind die bloßen, nackten Atomkerne behandelt worden.

In der Natur sind jedoch alle Atomkerne von Elektronen und anderen Kernen umgeben, die die Resonanzfrequenz des betrachteten Kerns beeinflussen → dadurch ist die Methode für Chemiker zur Strukturaufklärung so interessant.

Durch die Bewegung der negativ geladenen Elektronen wird ein Magnetfeld erzeut, das dem angelegten äußeren Magnetfeld B0 entgegenwirkt.

Auf diese Weise wirkt am Kernort ein (meist) verringertes Magnetfeld Beff (effektiv wirkendes Magnetfeld)die Kerne sind abgeschirmt.

Beff ist eine Funktion von B0, es besteht folgender Zusammenhang:

B eff = B 0 -σ B 0 = B 0 (1σ)

σ ist die Abschirmkonstante und charakterisiert die Abschirmung des Kernes durch die Elektronenhülle.

σ ist von der Elektronendichte und Elektronenverteilung um den betrachteten Kern abhängig.

Die Abschirmung bewirkt eine Veränderung der Kernspinniveaus und somit eine andere Resonanzfrequenz des betrachteten Kerns νi:

ν i = γ 2π · B eff = γ 2π · B 0 (1 σi )

chemisch nicht äquivalente Kerne ergeben im Spektrum getrennte Resonanzsignale.

Beispiel

Chemisch nicht-äquivalente Kerne haben eine unterschiedliche elektronische Umgebung, z.B. die C-Kerne in CH3CH2OH.

An den beiden C-Kernen wirkt ein unterschiedliches Magnetfeld (Beff), somit haben beide C-Kerne eine unterschiedliche Resonanzfrequenz νi und ergeben letztendlich im Spektrum zwei getrennte Signale.

Der Strukturanalytiker kann sich daher oft auf die Untersuchung einer Kernsorte beschränken, weil aus der Lage der Resonanzsignale im Spektrum auf die chemische Umgebung des jeweiligen Kerns geschlossen werden kann.

Untersuchung einer Kernsorte

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