Risonanza paramagnetica elettronica: differenze tra le versioni

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[[ImmagineFile:EPR_spectometer.JPG|thumb|right|300px||Uno [[spettrometro]] EPR]]

La '''Risonanza Paramagnetica Elettronica''' o '''Risonanza di Spin Elettronico''', nota come '''EPR''' (dall'[[acronimo]] [[lingua inglese|inglese]] ''Electron Paramagnetic Resonance'') o '''ESR''' (dall'inglese ''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: [[radicale (chimica)|radicali]] liberi, [[ione|ioni]] di [[metalli di transizione]], difetti in [[cristallo|cristalli]], [[molecola|molecole]] in stato elettronico di tripletto fondamentale (ad es. 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]].

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<math> S_z=m \hbar</math>

In queste relazioni, <math> S </math> è un numero intero o semiintero positivo, e <math> m </math> può assumere i valori <math> m=S,S-1,S-2,...-S </math>. Per l'elettrone, <math>S=\tfrac{1}{2}</math> e quindi due valori di <math>m</math> sono possibili: <math>+ \tfrac{1}{2}</math> e <math> - \tfrac{1}{2} </math>.

Poiché l'elettrone è una particella carica, al momento angolare di spin elettronico è associato un [[momento magnetico]], dato dalla relazione

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Gli spin elettronici aventi <math> m= +\tfrac{1}{2} </math> sono indicati come spin <math> \alpha </math>, mentre gli spin con <math> m= -\tfrac{1}{2} </math> sono indicati con <math> \beta </math>.

In accordo con l'espressione per l'[[effetto Zeeman|interazione 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.

[[ImmagineFile: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.

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Perché si abbia effettivamente un assorbimento di energia da parte del sistema (e quindi una riga nello spettro EPR), oltre alla condizione di risonanza dev'essere verificata anche la condizione richiesta dalla [[regola di selezione]] <math> \Delta M_S=\pm 1 </math>, imposta dall'applicazione degli operatori di spin alle funzioni di base che descrivono gli stati del sistema <math> \left | S, M_S \right \rangle </math>.

== Spettro EPR ==

Nei sistemi reali non si è in presenza di singoli elettroni, essendo questi associati con uno o più [[atomo|atomi]]. Da ciò derivano diverse importanti conseguenze spettrali:

* Un elettrone spaiato può subire l'aumento o la diminuzione del suo momento angolare, il che può cambiare il valore del suo fattore g, che può differire da ''g_e''. Ciò è particolarmente significativo per i sistemi chimici formati da ioni dei metalli di transizione.

* Se un atomo al quale è associato un elettrone spaiato possiede spin nucleare non nullo, il suo momento magnetico influenzerà l'elettrone. Questo porta al fenomeno di ''accoppiamento iperfine'', analogo all'accoppiamento J della tecnica NMR, che provoca la separazione del segnale di risonanza EPR in doppietti, tripletti e così via.

* Le interazioni di un elettrone spaiato con il suo ambiente influenzano la forma delle linee spettrali. Tali forme possono fornire interessanti informazioni, come ad esempio quelle relative alle [[velocità di reazione]].

* Il fattore g e l'accoppiamento iperfine in un atomo o [[molecola]] può non essere lo stesso per tutte le orientazioni assunte da un elettrone spaiato in un campo magnetico esterno. Questa [[anisotropia]] dipende dalla struttura elettronica dell'atomo o molecola in oggetto, e così può fornire informazioni riguardanti l'[[orbitale]] atomico o molecolare contenente l'elettrone spaiato.

== Bibliografia ==

* S. A. Altshuler, B. M. Kozirev, ''Electron Paramagnetic Resonance''. Academic, New York, 1964

* A. Carrington, A. McLachlan, ''Introduction to Magnetic Resonance''. Harper and Row, London, 1967

* J. E. Wertz, J. R. Bolton, ''Electron Spin Resonance: Elementary Theory and Practical Applications''. McGraw-Hill, New York, 1972

* A. A. Galkin, O. Y. Grinberg, A. A. Dubinskii, N. N. Kabdin, V. N. Krymov, V. I. Kurochkin, Y. S. Lebedev, L. G. Oransky, V. F. Shuvalov, EPR Spectrometer in 2-mm Range for Chemical Research, Instrum. Experim. Techn., '''20''' (4) (1977) 1229

* M. Symons, ''Chemical and Biochemical Aspects of Electron-Spin Resonance Spectroscopy''. Wiley, New York, 1978

* W. Weltner, ''Magnetic Atoms and Molecules'', Van Nostrand Reinhold, New York, 1983

* Y. S. Lebedev, "High-Field ESR" in ''Electron Spin Resonance'', '''14''', Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1994, Cap. 2, p. 63

* V. I . Krinichnyi, ''2-mm Wave Band EPR Spectroscopy of Condensed Systems''. CRC Press, Boca Raton, Fl., 1995

* J. A. Weil, J. R. Bolton, J. E. Wertz, ''Electron Paramagnetic Resonance: Elementary Theory and Practical Applications''. Wiley-Interscience, New York, 2001

== Collegamenti esterni ==

* [http://ms.fci.unibo.it/~enzop/FILES/tesi_laurea_html/index.html Tesi di laurea sulla spettroscopia EPR (ESR)]

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[[es:Resonancia paramagnética electrónica]]

[[fr:Résonance paramagnétique électronique]]

[[hu:Elektronspin -rezonancia]]

[[ja:電子スピン共鳴]]

[[ko:전자 스핀 공명]]