Spin isomers of hydrogen (original) (raw)
L'orthohydrogène est du dihydrogène composé de molécules dans lesquelles les deux protons (un dans chaque atome de la molécule) ont des spins parallèles et de même sens. Le parahydrogène est du dihydrogène composé de molécules dans lesquelles les deux protons (un dans chaque atome de la molécule) ont des spins antiparallèles. Ces deux formes du dihydrogène sont appelées des isomères de spin (nucléaire).
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| dbo:abstract | Els isòmers d'espín de l'hidrogen molecular, en anglès: Spin isomers of hydrogen, es presenten en dues formes isomèriques, una amb dos espín de protó alineats de forma paral·lela (ortohidrogen), i l'altra amb els dos espín de protons alineats antiparal·lelament (parahidrogen). El parahidrogen es troba en un estat d'energia més baix que l'ortohidrogen. A temperatura d'una habitació i equilibri tèrmic, l'excitació tèrmica causa que l'hidrogen consti d'un aproximadament 75% d'ortohidrogen i un 25% de parahidrogen. Quan es liqua l'hidrogen, hi ha una transició espontània lenta a una relació igual i l'alliberament d'energia té implicacions en el seu emmagatzematge. (ca) Ortho- und Parawasserstoff (kurz o‑H2 und p‑H2) sind zwei Formen des Diwasserstoff-Moleküls, die sich in der Symmetrie ihrer Kernspinkonfiguration und Rotationszustände unterscheiden. Obwohl sie die gleiche chemische Struktur haben, weisen sie teilweise verschiedene physikalische Eigenschaften auf. Wasserstoff ist im Allgemeinen ein Gemisch aus beiden Spezies; das Mischungsverhältnis im thermodynamischen Gleichgewicht ist dabei von der Temperatur abhängig (Boltzmann-Statistik). Die Existenz der beiden Formen muss z. B. bei der Verflüssigung von Wasserstoff berücksichtigt werden, insbesondere, wenn dieser als Raketentreibstoff genutzt werden soll. Zudem kann die Symmetrieordnung von Parawasserstoff für die Signalverstärkung der Kernspinresonanz (Hyperpolarisierung), für Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) und Magnetresonanztomographie (MRT) genutzt werden. (de) Molecular hydrogen occurs in two isomeric forms, one with its two proton nuclear spins aligned parallel (orthohydrogen), the other with its two proton spins aligned antiparallel (parahydrogen). These two forms are often referred to as spin isomers or as nuclear spin isomers. Parahydrogen is in a lower energy state than is orthohydrogen. At room temperature and thermal equilibrium, thermal excitation causes hydrogen to consist of approximately 75% orthohydrogen and 25% parahydrogen. When hydrogen is liquified at low temperature, there is a slow spontaneous transition to a predominantly para ratio, with the released energy having implications for storage. Essentially pure parahydrogen form can be obtained at very low temperatures, but it is not possible to obtain a sample containing more than 75% orthohydrogen by heating. A mixture or 50:50 mixture of ortho- and parahydrogen can be made in the laboratory by passing it over an iron(III) oxide catalyst at liquid nitrogen temperature (77 K) or by storing hydrogen at 77 K for 2–3 hours in the presence of activated charcoal. In the absence of a catalyst, gas phase parahydrogen takes days to relax to normal hydrogen at room temperature while it takes hours to do so in organic solvents. (en) L'orthohydrogène est du dihydrogène composé de molécules dans lesquelles les deux protons (un dans chaque atome de la molécule) ont des spins parallèles et de même sens. Le parahydrogène est du dihydrogène composé de molécules dans lesquelles les deux protons (un dans chaque atome de la molécule) ont des spins antiparallèles. Ces deux formes du dihydrogène sont appelées des isomères de spin (nucléaire). (fr) 核スピン異性体（かくスピンいせいたい、英: Nuclear spin isomer）は、核スピンが0でない原子核が分子内において等価な位置に2つ以上有る時に発生する核スピン修飾 （nuclear spin modification）の違いによる異性体。例えば、水素分子のように等価な原子が2つのものの場合、核スピンが置換に対して「対称」なものをオルトと呼び、「反対称」なものをパラと呼ぶ。これらの異性体間の変換は核スピンの変換を伴うために、気相のような自由空間では非常に遅いとされる。よって、このような場合、お互い別々の分子として扱われることがある。 (ja) L'idrogeno ha due forme di isomeri, una con lo spin nucleare dei suoi due protoni allineati parallelamente (orto-idrogeno), l'altra con i due spin allineati antiparallelamente (para-idrogeno). Spesso detti isomeri per lo spin. Il para-idrogeno è lo stato con energia minore. A temperatura ambiente e all'equilibrio termico, la eccitazione termica determina che approssimativamente l'idrogeno molecolare consiste del 75% di orto-idrogeno e 25% di para-idrogeno. Quando l'idrogeno viene liquefatto, vi è una lenta spontanea trasformazione dell'orto-idrogeno in para-idrogeno, raggiungendo un nuovo equilibrio termodinamico. L'energia rilasciata in questo processo provoca un eccesso di liquido evaporato (circa la metà della quantità originaria). Se la temperatura è sufficientemente bassa è possibile ottenere para-idrogeno puro, mentre anche a temperature molto alte non è possibile ottenere un campione con più del 75% di orto-idrogeno. (it) Cada molécula de hidrogênio (H2) consiste de dois átomos de hidrogênio ligados por uma ligação covalente. Se for negligenciado os traços de deutério e trítio que podem estar presentes, cada átomo de hidrogênio consiste de um próton e um elétron. O próton possui um momento magnético associado, o qual pode ser tratado como sendo gerado pelo spin do próton. Os spins dos dois núcleos de hidrogênio podem se ligar para formar um estado triplo (I = 1, α1α2, α1β2 + β1α2, or β1β2 for which MI = 1, 0, -1 respectivamente – isto é o orto-hidrogênio) ou para formar um estado singular (I = 0, α1β2 – β1α2 MI = 0 – isto é o para-hidrogênio). A taxa entre as formas orto- e para- é de aproximadamente 3:1 nas condições normais de temperatura e pressão - um reflexo da taxa de degeneração do spin, mas se o equilíbrio térmico entre as duas formas for estabelecido, a forma para- domina em temperaturas baixas (aprox. 99.95% em 20 K). Outras moléculas e grupos funcionais contendo dois átomos de hidrogênio, como a água e metileno, também possuem as formas orto- e para-, ainda que suas taxas difiram daquelas da molécula de di-hidrogênio. (pt) 正氢和仲氢是分子氢的两种自旋异构体，这种异构现象是由于两个氢原子的有两种可能的而引起的。正氢中两个核的自旋是平行的，仲氢中两个核的自旋则是反平行的。因此正氢的自旋量子数 J 相当于奇数值，仲氢的 J 则相当于偶数值。仲氢分子的磁矩为零，正氢分子的磁矩为质子磁矩的两倍。 氢气通常是正氢和仲氢的平衡混合物。室温热平衡态下，氢气大约是75%正氢和25%仲氢的混合物。仲氢为低温下的稳定物，不过这个平衡根据温度变化进行的调节是相当缓慢的。为了加速平衡的建立，可以使用原子氢将氢气活化，或使用催化剂。 (zh) |
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