¿Qué núcleos son activos en NMR?

Question

Pensé que la única forma en que un núcleo puede ser activo por RMN es cuando el átomo tiene una masa impar, lo que significa que hay un número impar de protones o neutrones y un número par de la otra partícula. Pensé que para un átomo con una masa par, el número de neutrones y protones son iguales, y por lo tanto los momentos magnéticos se cancelarían.

Ahora estoy leyendo que si tanto los protones como los neutrones tienen números impares (dando una masa total par), el núcleo sigue siendo activo por RMN. ¿Cuál es la razón de esto?

Answer 1

El espín de los núcleos atómicos se puede predecir en función del número de protones y neutrones en el núcleo:

• Pares/Pares. Los núcleos que contienen un número par de protones y un número par de neutrones tienen $I = 0$ y son silenciosos en RMN. Ejemplos incluyen $\ce{^{12}C}$, $\ce{^{16}O}$ y $\ce{^{32}S}$.

Todos los demás núcleos son activos en RMN:

• Impares/Impares. Los núcleos que contienen un número impar de protones y un número impar de neutrones tienen I que son enteros positivos. Ejemplos incluyen $\ce{^2H}$ $(I=1)$, $\ce{^{14}N}$ $(I=1)$ y $\ce{^{10}B}$ $(I=3)$.

• Impares/Pares y Pares/Impares. Todos los demás núcleos (impares/pares y pares/impares) tienen espínes que son semi-enteros. Ejemplos incluyen $\ce{^1H}$ $(I=1/2)$, $\ce{^{11}B}$ $(I=3/2)$, $\ce{^{13}C}$ $(I=1/2)$, $\ce{^{17}O}$ $(I=5/2)$, $\ce{^{19}F}$ $(I=1/2)$ y $\ce{^{31}P}$ $(I=1/2)$.

Una formulación precisa es mucho más compleja, y surge del hecho de que los componentes clave del núcleo (protón y neutrón) están compuestos de quarks. El neutrón, aunque neutro en carga, está hecho en realidad de 3 quarks (udd), los cuales a su vez tienen carga, y no están distribuidos uniformemente sobre la 'esfera' del neutrón. Los protones también consisten de 3 quarks (duu). El espín nuclear proviene del momento angular total de todos estos componentes de quark. Adentrarse más profundamente probablemente está fuera del ámbito de la química, y probablemente es más adecuado para un foro de física (al menos está fuera de mi capacidad para explicar).