¿Por qué el carbono 12 tiene espín nuclear cero?

Mientras estudiaba la teoría de RMN, mi libro de texto explicaba que solo los núcleos con números de masa impares son activos de RMN porque tienen números cuánticos de espín no enteros y los núcleos con un número de masa par y un número atómico tienen un espín I = 0.

Esto no tiene mucho sentido para mí. La RMN funciona generando un campo magnético que interactúa con cargas giratorias (como un protón o un electrón) que también generan un campo magnético. Entonces, ¿cómo es que el núcleo de Carbon-12 es "invisible" para la RMN?

En otras palabras, si tratamos a cada protón como una barra magnética en miniatura que es capaz de alternar entre los estados alfa y beta (paralelo y antiparalelo), ¿qué impide que los protones "inviertan el giro" en un núcleo de carbono-12?

En toda la tabla periódica, se pueden encontrar valores de espín nuclear que van desde I = 0 a I = 8 en incrementos de ½ unidad. Los protones y los neutrones tienen espines netos de ½, pero esto se deriva de las interacciones de espín entre las partículas elementales (quarks) de las que están compuestos. Como resultado de esta complejidad, no existe una fórmula simple para predecir I en función del número de protones y neutrones dentro de un átomo. mri-q.com/predict-nuclear-spin-i.html
Lo que está pasando por alto es que los nucleones también interactúan entre sí , organizándose para que sus momentos magnéticos se cancelen efectivamente. En consecuencia, debe tratar todo el núcleo como una sola entidad.
@lemon en ese caso, ¿cómo es que C-13 tiene I = 0.5 y H-2 tiene I = 1? Ambos tienen un protón "desapareado"...
@Nova Deuterio ya que tiene una adición de neutrones desapareada 1 / 2 al espín formando un núcleo impar-impar, mientras que C-13 es par-impar y solo contribuye el protón desapareado.
@Nova También debo agregar que debido a la dependencia de la fuerza nuclear en el isospin, el deuterio solo es estable cuando los giros de protones y neutrones son paralelos, por lo tanto I z = 1 / 2 + 1 / 2 = 1 .
Pero los neutrones no tienen carga, entonces, ¿por qué es importante su giro? ¿Tiene esto que ver con la fuerza nuclear fuerte o débil?
@Nova Como explica su libro, todos los fermiones (partículas con giro medio entero) se comportan como pequeños imanes y precesarán en un campo magnético. Esto se debe a su giro, no a su carga (ver en.wikipedia.org/wiki/Neutron_magnetic_moment ).

Respuestas (1)

La interacción entre los nucleones en un núcleo es muy fuerte, por lo que los cambios de energía asociados con el cambio de giro son muy altos. Los primeros niveles de energía de un núcleo de carbono se pueden encontrar en este documento . El espaciamiento de energía entre el estado fundamental j = 0 y el primer estado excitado j = 2 es 4,44 MeV. Esto no es mucho para los estándares de los aceleradores modernos, pero es demasiado, demasiado grande para que la transición sea causada por un campo magnético externo.

Entonces, en lo que respecta a la RMN, el átomo de carbono se comporta como una partícula elemental de espín cero sin excitaciones internas.

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