Risonanza paramagnetica elettronica: differenze tra le versioni
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[[File:EPR_spectometer.JPG|thumb|upright=1.4|Uno [[spettrometro]] EPR]]
La '''risonanza paramagnetica elettronica''' o '''risonanza di spin elettronico''', nota come '''EPR''' (dall'[[lingua inglese|inglese]] ''Electron Paramagnetic Resonance'') o '''ESR''' (''Electron Spin Resonance''), è una tecnica [[spettroscopia|spettroscopica]] impiegata per individuare e analizzare specie chimiche contenenti uno o più [[elettroni spaiati]] (chiamate ''specie [[paramagnetismo|paramagnetiche]]'').
Queste specie includono: [[radicali liberi]], [[ione|ioni]] di [[metalli di transizione]], difetti in [[cristallo|cristalli]], [[molecola|molecole]] in stato elettronico di tripletto fondamentale (ad esempio l'[[ossigeno]] molecolare) o indotto per fotoeccitazione. I concetti basilari della tecnica EPR sono analoghi a quelli della [[risonanza magnetica nucleare]], ma in questo caso sono gli [[spin]] elettronici ad essere eccitati al posto degli spin dei [[nucleo atomico|nuclei atomici]]. Il primo ad osservare il fenomeno della risonanza paramagnetica elettronica fu il fisico russo [[Evgenij Zavojskij]] nel 1944: egli notò che un cristallo di [[cloruro rameico]] (<chem>CuCl2</chem>) esposto a un [[campo magnetico]] statico di 4 [[tesla (unità di misura)|mT]] assorbiva [[radiazione elettromagnetica]] a 133 [[hertz|MHz]].
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=== Principi di base ===
Un [[elettrone]] possiede un [[momento angolare]] intrinseco noto come momento di spin. Le proprietà del momento angolare di spin sono tipiche di un momento angolare quantistico; sono, cioè, descritte in modo appropriato solo dalla [[meccanica quantistica]]. Secondo la meccanica quantistica, per una data osservazione sperimentale possiamo conoscere solamente il [[norma (matematica)|modulo]] del momento angolare e la componente del momento angolare lungo una direzione (per esempio <math>z</math>), rimanendo invece completamente ignote le componenti lungo <math>x</math> e <math>y</math>. Il modulo del momento angolare è dato da
<math>|\vec{S}|=\sqrt{S(S+1)} \hbar</math>
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In accordo con l’espressione dell’energia Zeeman elettronica, in presenza di un campo magnetico gli spin <math> \alpha </math> e <math> \beta </math> assumono rispettivamente un'energia <math> E = +\tfrac{1}{2} g_e \mu_B B_0 </math> e <math> E = -\tfrac{1}{2} g_e \mu_B B_0 </math>, come rappresentato sotto in figura.
[[File:EPR_splitting.jpg|centre|300 px|Splitting of electron spin states]]
Un elettrone spaiato può passare da un [[livello energetico]] all'altro o assorbendo o emettendo una quantità di energia <math>h \nu</math> tale che sia verificata la condizione di [[risonanza (fisica)|risonanza]]. La maggioranza delle misure EPR viene effettuata in campi magnetici di circa 0.35 T con una corrispondente risonanza di spin che ricade nella regione delle [[microonde]] alla [[frequenza]] di 9-10 GHz.
In linea di principio, gli spettri EPR possono essere generati sia variando la frequenza dei [[fotoni]] incidenti su un campione mantenendo il campo magnetico costante, sia nel modo contrario. Nella pratica si tende a mantenere costante la frequenza. L'insieme di centri paramagnetici, come i radicali liberi, viene esposto a microonde di frequenza fissata. Aumentando il campo magnetico esterno, la differenza di energia tra gli stati di spin ''+1/2'' e ''-1/2'' tende ad aumentare fino a raggiungere il valore di risonanza con le microonde e generando un picco di assorbimento dovuto alla maggiore popolazione presente allo stato energetico inferiore. Le popolazioni dei vari stati seguono la [[distribuzione di Maxwell-Boltzmann]].
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