RMN Quimica Fisica3

QUÍMICA FÍSICA III

Tema 1
RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

QFIII TEMA 1

2014-2015

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INDICE

1.1.- Presentación

1.2.- Propiedades magnéticas de los núcleos atómicos.

1.2.1.- Espín nuclear y momento angular de espín nuclear.

1.2.2.- Momento dipolar magnético nuclear: Magnetón nuclear, cociente giromagnético.
1.3.-Interacción de un campo magnético con los núcleos atómicos.1.3.1.- Energía de interacción del campo magnético con el momento magnético
nuclear.
1.3.2.- Precesión y frecuencia de Larmor.

1.3.3.- Desdoblamiento de los niveles de energía de espín nuclear

1.4.- Espectroscopia de RMN

1.4.1.- Frecuencia de resonancia.
1.4.2.- Población de los niveles.
1.4.3.- Reglas de selección.

1.4.4.-Descripción clásica de un equipo de medida.1.5.-Desplazamiento Químico.

1.5.1.- Apantallamiento y desplazamiento químico
1.5.2.- Escala de desplazamientos químicos

1.6.-Estructura fina del espectro
1.6.1.- Sistema AX
1.6.2.- Sistema A2

1.6.3.- Sistema AXN

1.6.4.- Valores del acoplamiento espín-espín

1.6.5.- Origen del acoplamiento espín-espín en disolución

1.7.-Ejercicios adicionales
1.8.- Bibliografía

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QFIII TEMA 12014-2015

1.1.- Presentación
Las técnicas de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) son un instrumento
indispensable para la química así como para otras ramas de la Ciencia. Con la
espectroscopia de RMN se pueden identificar moléculas (espectro Figura 1.1.a),
determinar su estructura o estudiar procesos dinámicos. Por ejemplo, ha sido clave en la
determinación de la estructura de proteínas endisolución y, por otro lado, las técnicas
de imagen de RMN son una herramienta indispensable en el diagnostico en medicina,
como se ilustra en la Figura 1.1.b).

OJOOOO Espectro

a)

b)

Figura 1.1.- Ilustraciones adquiridas con técnicas de imagen de RMN
La RMN se sustenta en tres elementos:

a) El carácter magnético de los núcleos de las moléculas en estudio.

Muchos núcleosatómicos, debido al espín nuclear, presentan características
magnéticas. En cierta manera se puede considerar que los núcleos se comportan como
pequeños imanes.
b) La aplicación de un campo magnético intenso.

Cuando las moléculas en estudio están inmersas en un campo magnético, los niveles
nucleares se desdoblan en varios niveles de energía. Cada uno de los niveles de energía
que aparecencorresponden a diferentes orientaciones de los espines de los núcleos
(pequeños imanes) respecto al campo magnético.
c) La iluminación de la muestra con radiación electromagnética.

Como en otras técnicas espectroscópicas la iluminación de la muestra con la
frecuencia adecuada de radiación hará que los núcleos pasen de un nivel a otro. La
frecuencia de la radiación necesaria para producir estesalto de nivel, dependerá del
tipo de núcleo, del entorno químico de éste, del tipo de núcleos presentes en sus
cercanías y del campo externo aplicado.
QFIII TEMA 1

2014-2015

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A lo largo de este tema se estudiarán los fundamentos físicos de esta técnica, y se
explicarán las técnicas experimentales que permiten obtener los espectros, analizando,
asimismo, las causas que hacen diferenteslos espectros de las diversas moléculas.
1.2.- Propiedades magnéticas de los núcleos atómicos
1.2.1.- Espín nuclear y momento angular de espín nuclear
Los núcleos atómicos están formados por protones y neutrones. Ambos nucleones
tienen momento angular orbital y momento angular de espín (tanto protones como
neutrones tienen espín 1/2). La resultante de la suma vectorial de todos los momentos(orbitales y de espín) de todos los protones y neutrones del núcleo da como resultado el
momento angular de espín nuclear y se simboliza por I y sus unidades son J s. Según
la mecánica cuántica, el módulo del momento angular de espín nuclear, I, está
cuantizado, con un valor I(I + 1) donde I es el número cuántico de espín nuclear o
espín nuclear. El valor de I es una característica fija...