Резонанс определение: Явление резонанса — условия, формулы, график

2$ и $W_э$ мак­си­маль­ны, и уве­ли­чивая, ко­гда эти ве­ли­чи­ны рав­ны ну­лю (рис. 1), то в сред­нем за пе­ри­од над сис­те­мой со­вер­ша­ет­ся по­ло­жи­тель­ная ра­бо­та и, сле­до­ва­тель­но, пол­ная энер­гия и ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний бу­дут мо­но­тон­но на­рас­тать.

П. р. наи­бо­лее эф­фек­тив­но про­яв­ля­ет­ся при из­ме­не­нии па­ра­мет­ров ко­ле­ба­тель­ной сис­те­мы с пе­рио­дом $T_н$, крат­ным по­лу­пе­рио­ду $T_0$ собств. ко­ле­ба­ний сис­те­мы:$$T_н≈nT_0/2,\quad ω_н=2ω_0/n,\qquad(1)$$ где $n$ – це­лое чис­ло, $ω_н=2π/T_н$ – час­то­та на­кач­ки.

Рис. 2. Области значений m, в которых возможен параметрический резонанс: ω0 – частота собственных колебаний; ωн – частота накачки (изменения параметра).

На­рас­та­ние ко­ле­ба­ний воз­мож­но не толь­ко при точ­ном вы­пол­не­нии со­от­но­ше­ний (1), но и в не­ко­то­рых ко­неч­ных ин­тер­ва­лах зна­че­ний $ω_н$ вбли­зи $2ω_0/n$ (в т. н. зо­нах не­ус­той­чи­во­сти, рис. 2). Ши­ри­на зон тем боль­ше, чем силь­нее из­ме­ня­ют­ся па­ра­мет­ры $C$ и $L$.

Из­ме­не­ние па­ра­мет­ра, напр. ём­ко­сти $C$, ха­рак­те­ри­зу­ют ве­ли­чи­ной $$m=(C_{макс}-C_{мин})/(C_{макс}+C_{мин}),$$ на­зы­вае­мой глу­би­ной из­ме­не­ния па­ра­мет­ра.

П. р. при­во­дит к не­ус­той­чи­во­сти ко­ле­ба­тель­ной сис­те­мы, т. е. к на­рас­та­нию ма­лых на­чаль­ных воз­му­ще­ний, напр. не­из­беж­ных во вся­кой сис­те­ме флук­туа­ций, сре­ди ко­то­рых все­гда най­дёт­ся со­став­ляю­щая с под­хо­дя­щей фа­зой по от­но­ше­нию к фа­зе из­ме­не­ния па­ра­мет­ров. Ес­ли в сис­те­ме име­ют­ся по­те­ри (напр., в кон­ту­ре при­сут­ст­ву­ет со­про­тив­ле­ние $R$), то не­ус­той­чи­вость воз­ни­ка­ет толь­ко при до­ста­точ­но боль­ших из­ме­не­ни­ях $C$ или $L$, ко­гда па­ра­мет­рич. на­кач­ка энер­гии пре­вос­хо­дит по­те­ри. Зо­ны не­ус­той­чи­во­сти при этом со­от­вет­ст­вен­но умень­ша­ют­ся или да­же ис­че­за­ют со­всем (на рис. 2 эти зо­ны по­ка­за­ны тон­ки­ми ли­ния­ми). На­рас­та­ние ко­ле­ба­ний при П. р. не про­ис­хо­дит бес­пре­дель­но, а ог­ра­ни­чи­ва­ет­ся при дос­та­точ­но боль­ших ам­пли­ту­дах разл.

не­ли­ней­ны­ми эф­фек­та­ми. Напр., за­ви­си­мость со­про­тив­ле­ния от то­ка в кон­ту­ре мо­жет при­во­дить к уве­ли­че­нию по­терь по ме­ре воз­рас­та­ния ам­пли­ту­ды ко­ле­ба­ний, а за­ви­си­мость ём­ко­сти от на­пря­же­ния на ней – к из­ме­не­нию пе­риода собств. ко­ле­ба­ний $T_0$ и в ре­зуль­та­те к уве­ли­че­нию рас­строй­ки ме­ж­ду зна­че­ния­ми $ω_н$ и $2ω_0/n$. Рав­но­ве­сие на­сту­па­ет, ко­гда па­ра­мет­рич. на­кач­ка энер­гии в сред­нем за пе­ри­од ком­пен­си­ру­ет­ся по­те­ря­ми.

При­мер ме­ха­нич. сис­те­мы, в ко­то­рой воз­мо­жен П. р., – ма­ят­ник в ви­де гру­за мас­сы $M$, под­ве­шен­но­го на ни­ти, дли­ну $l$ ко­то­рой мож­но из­ме­нять. Eсли умень­шать $l$ в ниж­нем и уве­ли­чи­вать в край­них по­ло­же­ни­ях, то ко­ле­ба­ния мо­гут рас­ка­чи­вать­ся. На П. р. ос­но­ва­но са­мо­рас­ка­чи­ва­ние на ка­че­лях, ко­гда эф­фек­тив­ная дли­на ма­ят­ни­ка пе­рио­ди­че­ски из­ме­ня­ет­ся при при­се­да­ни­ях и вста­ва­ни­ях ка­чаю­ще­го­ся. П. р. учи­ты­ва­ет­ся в не­бес­ной ме­ха­ни­ке при рас­чё­те воз­му­ще­ний пла­нет­ных ор­бит, вы­зван­ных влия­ни­ем др.

пла­нет.

В ко­ле­ба­тель­ных сис­те­мах с не­сколь­ки­ми сте­пе­ня­ми сво­бо­ды (напр., в сис­те­ме из двух свя­зан­ных кон­ту­ров или ма­ят­ни­ков) воз­мож­ны собств. (нор­маль­ные) ко­ле­ба­ния (мо­ды) с разл. час­то­та­ми: $ω_1, ω_2,…$ Со­от­вет­ст­вен­но на­рас­та­ние ко­ле­ба­ний здесь воз­мож­но, напр., при из­ме­не­нии па­ра­мет­ра с сум­мар­ной час­то­той: $ω_н=ω_1+ω_2$.

В сис­те­мах с рас­пре­де­лён­ны­ми па­ра­мет­ра­ми (вол­но­вых сис­те­мах), об­ла­даю­щих бес­ко­неч­ным чис­лом сте­пе­ней сво­бо­ды, так­же воз­мож­но воз­бу­ж­де­ние нор­маль­ных ко­ле­ба­ний в ре­зуль­та­те П. р. Клас­сич. при­мер – опыт Мель­де (1859), в ко­то­ром на­блю­да­лось воз­бу­ж­де­ние по­пе­реч­ных ко­ле­ба­ний (стоя­чих волн) в стру­не, при­кре­п­лён­ной од­ним кон­цом к нож­ке ка­мер­то­на, ко­ле­ба­ния ко­то­ро­го пе­рио­ди­че­ски ме­ня­ют на­тя­же­ние стру­ны с час­то­той, вдвое боль­шей час­то­ты собств. по­пе­реч­ных ко­ле­ба­ний. Другой при­мер – опыт Фа­ра­дея (1831), в ко­то­ром вер­ти­каль­ные ко­ле­ба­ния со­су­да с во­дой при­во­дят к воз­бу­ж­де­нию стоя­чей по­верх­но­ст­ной вол­ны с уд­во­ен­ным пе­рио­дом.

П. р. в вол­но­вых сис­те­мах – это ре­зо­нанс не толь­ко во вре­ме­ни, но и в простран­ст­ве. Напр., ес­ли на­кач­ка, из­ме­няю­щая па­ра­мет­ры сре­ды, пред­став­ля­ет со­бой бе­гу­щую вол­ну с час­то­той $ω_н$ и вол­но­вым век­то­ром $\boldsymbol k_н$, то воз­бу­ж­де­ние па­ры нор­маль­ных волн с час­то­та­ми $ω_1$, $ω_2$ и вол­но­вы­ми век­то­ра­ми $\boldsymbol k_1$, $\boldsymbol k_2$ осу­ще­ст­в­ля­ет­ся, ес­ли вы­пол­ня­ют­ся ус­ло­вия: $$ω_н=ω_1+ω_2,\quad \boldsymbol k_н=\boldsymbol k_1+\boldsymbol k_2.\qquad(2)$$

На кван­то­вом язы­ке ус­ло­вия (2) оз­на­ча­ют, что при рас­па­де кван­та на­кач­ки на два др. кван­та со­хра­ня­ют­ся как энер­гия $\hbar ω$, так и им­пульс $\hbar \boldsymbol k$ ($\hbar$ – по­сто­ян­ная План­ка). На­рас­та­ние ам­пли­туд волн во вре­ме­ни и в про­стран­ст­ве (рас­пад­ная не­ус­той­чи­вость) так­же ог­ра­ни­чи­ва­ет­ся не­ли­ней­ны­ми эф­фек­та­ми: ес­ли зна­чит. часть энер­гии на­кач­ки из­рас­хо­до­ва­на на воз­бу­ж­де­ние волн, то воз­мо­жен об­рат­ный про­цесс – рост энер­гии на­кач­ки за счёт ос­лаб­ле­ния волн на час­то­тах $ω_1$, $ω_2$; в сре­де без по­терь та­кой об­мен энер­ги­ей про­ис­хо­дит пе­рио­ди­че­ски.

Па­ра­мет­рич. и не­ли­ней­ные ре­зо­нанс­ные взаи­мо­дей­ст­вия волн ха­рак­тер­ны, напр., для разл. ти­пов волн в плаз­ме, мощ­ных све­то­вых волн (см. Па­ра­мет­ри­че­ский ге­не­ра­тор све­та), волн в элек­трон­ных пуч­ках и для др. вол­но­вых про­цес­сов.

Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР)

 

Электронный парамагнитный резонанс

Явление электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) заключается в резонансном поглощении электромагнитного излучения в диапазоне радиочастот веществами, помещенными в постоянное магнитное поле, и обусловленное квантовыми переходами между энергетическими подуровнями, связанными с наличием магнитного момента у электронных систем. Также ЭПР называют электронный спиновый резонанс (ЭСР), магнитный спиновый резонанс (МСР) и, среди специалистов, работающих с магнитно-упорядоченными системами, ферромагнитный резонанс (ФМР).

Явление ЭПР можно наблюдать на:

• атомах и молекулах, которые на своих орбиталях имеют нечетное количество электронов – H, N, NO₂ и др. ;
• химических элементах в различных зарядовых состояниях, у которых не все электроны на внешних орбиталях участвуют в образовании химической связи – прежде всего, это d- и f-элементы;
• свободных радикалах – метильный радикал, нитроксильные радикалы и др.;
• электронных и дырочных дефектах, стабилизирующихся в матрице веществ, – O ^–, O₂^–, CO₂^–, CO₂^3-, CO₃^–, CO₃^3- и многих других;
• молекулах с четным числом электронов, парамагнетизм которых обусловлен квантовыми явлениями распределения электронов по молекулярным орбиталям – О₂;
• наночастицах-суперпарамагнетиках, образующихся при растворении или в сплавах, обладающих коллективным магнитным моментом, которые ведут себя подобно электронному газу.

Структура и свойства спектров ЭПР

Поведение магнитных моментов в магнитном поле зависит от различных взаимодействий неспаренных электронов, как между собой, так и с ближайшим окружением.

Важнейшими из них считаются спин-спиновые и спин-орбитальные взаимодействия, взаимодействия между неспаренными электронами и ядрами, на которых они локализуются (сверхтонкие взаимодействия), взаимодействия с электростатическим потенциалом, создаваемым ионами ближайшего окружения в месте локализации неспаренных электронов и другие. Большинство перечисленных взаимодействий приводит к закономерному расщеплению линий. В общем случае спектр ЭПР парамагнитного центра является многокомпонентным. Представление об иерархии основных расщеплений можно получить из следующей схемы (определения используемых обозначений даны ниже):

Основными характеристиками ЭПР-спектра парамагнитного центра (ПЦ) являются:

      • количество линий в спектре ЭПР конкретного ПЦ и их относительные интенсивности.

           • Тонкая структура (ТС). Число линий ТС определяется величиной спина S ПЦ и локальной симметрией электростатического поля ближайшего окружения, а относительные интегральные интенсивности определяются квантовым числом mS (величина проекции спина на направление магнитного поля). В кристаллах расстояние между линиями ТС зависит от величины потенциала кристаллического поля и его симметрии.

           • Сверхтонкая структура (СТС). Линии СТС от конкретного изотопа имеют приблизительно одинаковую интегральную интенсивность и практически эквидистантны. Если ядро ПЦ имеет несколько изотопов, то каждый изотоп дает свой набор линий СТС. Их количество определяется спином I ядра изотопа, около которого локализован неспаренный электрон. Относительные интенсивности линий СТС от различных изотопов ПЦ пропорциональны естественной распространенности этих изотопов в образце, а расстояние между линиями СТС зависит от величины магнитного момента ядра конкретного изотопа, константы сверхтонкого взаимодействия и степени делокализации неспаренных электронов на этом ядре.

           • Суперсверхтонкая структура (ССТС). Число линий ССТС зависит от числа nл эквивалентных лигандов, с которыми взаимодействует неспаренная спиновая плотность и величины ядерного спина I_л их изотопов. Характерным признаком таких линий также является распределение их интегральных интенсивностей, которое в случае I_л=1/2 подчиняется закону биномиального распределения с показателем степени n_л. Расстояние между линиями ССТС зависит от величины магнитного момента ядер, константы сверхтонкого взаимодействия и степени локализации неспаренных электронов на этих ядрах.

      • спектроскопические характеристики линии.
Особенностью спектров ЭПР является форма их записи. По многим причинам спектр ЭПР записывается не в виде линий поглощения, а как производная от этих линий. Поэтому, в ЭПР-спектроскопии принята несколько иная, отличная от общепринятой, терминология для обозначения параметров линий.

Линия ЭПР поглощения и ее первая производная: 1 – гауссова форма; 2 – лоренцева форма.

• Истинная линия – δ-функция, но с учетом релаксационных процессов имеет форму Лоренца.

• Линия – отражает вероятность процесса резонансного поглощения электромагнитного излучения ПЦ и определяется процессами, в которых участвуют спины.

• Форма линии – отражает закон распределения вероятности резонансных переходов. Поскольку, в первом приближении, отклонения от резонансных условий носят случайный характер, форма линий в магниторазбавленных матрицах имеет гауссову форму. Наличие дополнительно обменных спин-спиновых взаимодействий приводит к лоренцевой форме линии. В общем случае форма линии описывается смешанным законом.

• Ширина линии – ΔВ_max – cоответствует расстоянию по полю между экстремумами на кривой линии.

• Амплитуда линии – I_max – соответствует по шкале амплитуды сигнала расстоянию между экстремумами на кривой линии.

• Интенсивность – I₀ – значение вероятности в точке МАХ на кривой поглощения, вычисляется при интегрировании по контуру линии записи;

• Интегральная интенсивность – площадь под кривой поглощения, пропорциональна количеству парамагнитных центров в образце и вычисляется путем двойного интегрирования линии записи, сначала по контуру, затем по полю.

• Положение линии – В₀ – соответствует пересечению контура производной dI/dB с нулевой линией (линией тренда).

      • положение линий ЭПР в спектре.
Согласно выражению ħν = gβB, определяющему условия резонансного поглощения для ПЦ со спином S = 1/2, положение линии электронного парамагнитного резонанса можно охарактеризовать значением g-фактора (аналог фактора спектроскопического расщепления Ланде). Величина g-фактора определяется как отношение частоты ν, на которой проводилось измерение спектра к величине магнитной индукции В₀, при которой наблюдался максимум эффекта. Следует отметить, что для парамагнитных центров g-фактор характеризует ПЦ как целое, т. е. не отдельную линию в спектре ЭПР, а всю совокупность линий, обусловленных исследуемым ПЦ.

В ЭПР экспериментах фиксируется энергия электромагнитного кванта, то есть частота ν, а магнитное поле В может изменяться в широких пределах. Выделяются некоторые, довольно узкие, диапазоны СВЧ-частот, в которых работают спектрометры. Каждый диапазон имеет свое обозначение:

Диапазон (BAND)	Частота ν, МГц (ГГц)	Длина волны λ, мм	Магнитная индукция В0, при которой наблюдается сигнал ЭПР свободного электрона с g = 2.0023, Гс (Т)
L	1000 (1)	300	300 (0.03)
S	3000 (3)	100	1100 (0.11)
X	9500 (9.5)	32	3300 (0.33)
K	24000 (24)	12.5	8600 (0.86)
Q	35000 (35)	8. 5	12500 (1.25)
W	95000 (95)	3.2	34000 (3.40)
–	190000 (190)	1.6	68000 (6.80)

Наибольшее распространение получили спектрометры X- и Q-диапазонов. Магнитное поле в таких ЭПР спектрометрах создается резистивными электромагнитами. В спектрометрах с большей энергией кванта магнитное поле создается уже на основе сверхпроводящих магнитов. В настоящее время в РЦ МРМИ ЭПР-оборудование представляет собой многофункциональный спектрометр Х-диапазона с резистивным магнитом, позволяющим проводить эксперименты в магнитных полях с индукцией от -11000 Г до 11000 Г.

1. CW

Базовым является CW-режим или режим медленного дифференциального прохождения через резонансные условия. В этом режиме реализуются все классические спектроскопические методики. Он предназначен для получения информации о физической природе парамагнитного центра, месте его локализации в матрице вещества и его ближайшем атомно-молекулярном окружении. Исследования ПЦ в CW-режиме позволяют получить, в первую очередь, исчерпывающую информацию о возможных энергетических состояниях изучаемого объекта. Информацию о динамических характеристиках спиновых систем можно получить, наблюдая ЭПР, например, при различных температурах образца или при воздействии на него фотонами. Для ПЦ, находящихся в триплетном состоянии, дополнительное фотооблучение пробы является обязательным.

Пример

На рисунке представлен спектр эмали зуба бизона (лат. Bison antiquus) из коллекции, отобранной в  2005 г. Сибирской археологической экспедицией ИИМК РАН, проводившей спасательные раскопки на памятнике эпохи верхнего палеолита Берёзовский разрез 2, расположенного на территории угольного разреза “Берёзовский 1”.

Зубная эмаль состоит почти из чистого гидроксиапатита Ca(1)₄Ca(2)₆(PO₄)₆(OH)₂. В структуре гидроксиапатита также содержится 3-4% карбонатов.

Облучение измельченной зубной эмали гамма-излучением приводит к возникновению сложного асимметричного сигнала (АС) ЭПР вблизи значения g=2. Этот сигнал исследуется в задачах дозиметрии, датирования, медицины и как источник информации о структуре апатита.

Основную часть радикалов, возникающих при облучении зубной эмали, составляют анионы карбонатов, т.е. CO₂^–, CO₃^–, CO^– и CO₃^3-.

На спектре зарегистрирован сигнал от аксиально-симметричных парамагнитных центров CO₂^– с g_‖ = 1.9975 ± 0.0005 и g_┴ = 2.0032 ± 0.0005. Сигнал является радиоиндуцированным, т. е. ПЦ образовались под действием ионизирующего излучения (радиации).

Интенсивность сигнала CO₂^– несет информацию о дозе радиации, полученной объектом за время его существования. В частности, на исследованиях сигналов CO₂^– в спектрах зубной эмали основаны дозиметрические методы анализа и контроля радиации (ГОСТ Р 22.3.04-96). В данном и многих других случаях возможно датирование минерального образца методом ЭПР. Возрастной диапазон, перекрываемый ЭПР-методом датирования составляет от сотен лет до 105 и даже 106 лет, что превышает возможности радиоуглеродного метода. Образец, спектры которого приведены на рисунке, был датирован методом ЭПР и имеет возраст 18000 ± 3000 лет.

2. FT

Для изучения динамических характеристик центров целесообразно применять импульсные методы. В этом случае применяют FT-режим работы спектрометра ЭПР. В таких экспериментах образец в определенном энергетическом состоянии подвергается сильному импульсному воздействию электромагнитного излучения. Спиновая система выводится из равновесия, и регистрируется реакция системы на это воздействие. Выбирая различные последовательности импульсов и варьируя их параметры (длительность импульса, расстояние между импульсами, амплитуду и т. д.) можно значительно расширить представление о динамических характеристиках ПЦ (временах релаксации Т₁ и Т₂, диффузии и пр.).

3. ESE (методика электронного спинового эха)

Метод ESE может быть использован для получения спектра двойного электрон-ядерного резонанса, чтобы сэкономить время записи или в случае отсутствия специального оборудования ENDOR.

Пример:

Исследуемый образец: зубная эмаль, состоящая из гидроксиапатита Ca(1)₄Ca(2)₆(PO₄)₆(OH)₂. Исследовался сигнал радикалов CO₂^–, находящихся в структуре гидроксиапатита.

Спад свободной индукции (FID) представлен набором колебаний, называемых модуляцией. Модуляция несет информацию о резонансных частотах ядер, окружающих парамагнитный центр. В результате Фурье-преобразования временной зависимости FID получен спектр ядерного магнитного резонанса. На частоте 14 MHz находится сигнал 1Н, следовательно, исследуемые группы CO₂^– взаимодействуют с расположенными в их окружении протонами.

4. ENDOR

Наиболее распространенной методикой двойного резонанса является метод двойного электронно-ядерного резонанса – ДЭЯР (ENDOR), позволяющий изучать процессы взаимодействия неспаренного электрона как с собственным ядром, так и с ядрами его ближайшего окружения. При этом чувствительность метода ЯМР может возрастать в десятки и даже тысячи раз по отношению к стандартным методам. Описанные методики реализуются как в CW-режиме, так и FT-режиме.

Пример

На рисунке приведен ENDOR спектр биологического гидроксиапатита (зубной эмали). Метод был использован для получения информации об окружении содержащихся в эмали парамагнитных центров CO₂^–. Зарегистрированы сигналы от ядерного окружения центра CO₂^– на частотах 14 MHz и 5.6 MHz. Сигнал на частоте 14 MHz относится к ядрам водорода, а сигнал на частоте 5.6 MHz – к ядрам фосфора. Исходя из структурной особенности биологического апатита, можно сделать вывод, что исследуемый парамагнитный центр CO₂^– находится в окружении анионов OH^– и PO₄^–.

5. ELDOR (на данный момент в РЦ недоступна)

ELDOR (ELectron DOuble Resonance, электронный двойной резонанс) представляет собой разновидность методики двойного резонанса. В этом методе изучается взаимодействие между двумя электронными спиновыми системами, причем спектр ЭПР от одной электронной системы регистрируется при помощи возбуждения другой. Для наблюдения сигнала необходимо существование механизма, связывающего “наблюдаемую” и “накачиваемую” системы. Примерами таких механизмов являются дипольное взаимодействие между спинами, молекулярное движение.

Резонанс Определение и значение | Dictionary.com

• Основные определения
• Викторина
• Связанный контент
• Примеры
• Британский
• Научный

Показывает уровень сложности слова.

[ rez-uh-nuhns ]

/ ˈrɛz ə nəns /

Сохранить это слово!

См. синонимы слова «резонанс» на сайте Thesaurus.com

Показывает уровень обучения в зависимости от сложности слова.

---

существительное

состояние или качество резонанса.

продление звука за счет отражения; реверберация.

Фонетика.

1. усиление диапазона слышимости любого источника звуков речи, особенно фонации, за счет различных сопряжений полостей рта, носа, придаточных пазух, гортани, глотки и верхней части грудной клетки и, в некоторой степени, за счет скелетное строение головы и верхней части грудной клетки.
2. распределение амплитуд между взаимосвязанными полостями головы, грудной клетки и горла, характерное для того или иного звука речи и относительно независимое от вариаций высоты тона.

Физика.

1. Состояние системы, при котором в ответ на внешнее воздействие возникает аномально сильная вибрация, возникающая, когда частота воздействия равна или почти равна собственной частоте колебаний системы.
2. вибрация производится в таком состоянии.
3. адрон с очень коротким временем жизни, порядка 10−23 сек.

Электричество. состояние цепи по отношению к данной частоте и т. п., при котором результирующее реактивное сопротивление равно нулю, а протекающий ток максимален.

Также называется мезомерией. Химия. состояние, проявляемое молекулой, когда фактическое расположение ее валентных электронов является промежуточным между двумя или более расположениями, имеющими почти одинаковую энергию, и положения атомных ядер идентичны.

Медицина/Медицина. (при перкуссии в диагностических целях) звук, возникающий при наличии воздуха.

ВИКТОРИНА

ВЫ ПРОЙДЕТЕ ЭТИ ГРАММАТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИЛИ НАТЯНУТСЯ?

Плавно переходите к этим распространенным грамматическим ошибкам, которые ставят многих людей в тупик. Удачи!

Вопрос 1 из 7

Заполните пропуск: Я не могу понять, что _____ подарил мне этот подарок.

Происхождение резонанса

1485–95; <среднефранцузский <латинское resonantia echo, эквивалентное reson(āre) звуку + -antia-ance

ДРУГИЕ СЛОВА ИЗ резонанс

hy·per·res·o·nance, существительное

Слова, близкие к резонансу

разрешаемый, разрешаемый , разрешенный, резольвента, разрешающая способность, резонанс, резонансное излучение, резонансный, резонатор, резонансный контур, резонансно-реактивный двигатель

Dictionary. com Полный текст Основано на Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2023

Слова, связанные с резонансом

полнота, протяжность, звучность, вибрация

Как использовать резонанс в предложении

• Это также именно то, что произошло, еще более вопиющим образом в конце «Хауса на холме» — и, как и в случае с «Хаусом на холме», зрителям, вероятно, все равно, потому что они будут слишком увлечены эмоциональным резонансом момента.

  «Призраки поместья Блай» от Netflix — это спокойное и любящее исследование того, как изгнать своих призраков|Аджа Романо|9 октября 2020 г.|Vox

• Пока участники корректировали свои ставки, они лежали внутри машины, выполняющей функции магнитного поля. резонансная томография или фМРТ.

  Уверенность может привести к тому, что вы упустите важную информацию|Бетани Брукшир|1 октября 2020 г.|Новости науки для студентов

• В результате реклама оказывает большее влияние и резонанс на CTV, чем на других платформах, включая мобильное и линейное телевидение.

  Мультикультурная аудитория делает тонкий выбор средств массовой информации|Vevo|25 августа 2020 г.|Digiday

• Исследователи из Facebook и Нью-Йоркского университета нашли способ значительно сократить время, необходимое для получения магнитно-резонансных изображений. потенциал для преобразования медицинской визуализации.

  Исследователи Facebook и Нью-Йоркского университета находят способ ускорить МРТ|Джереми Кан|18 августа 2020 г.|Fortune

• «Когда вы попадаете в один из этих резонансов, эти приливные волны начинают становиться больше», — он говорит.

  Спутники Юпитера могли бы согревать друг друга, поднимая приливные волны|Лиза Гроссман|6 августа 2020 г.|Новости науки

• Было бы трудно найти проблему, вызывающую меньший резонанс у подавляющего большинства избирателей, чем изменение климата.

  Время вернуть демократов Трумэна|Джоэл Коткин|21 декабря 2014|DAILY BEAST

• В любом случае, повествовательный резонанс всего этого невозможно отрицать.

  Огненная подземная нефтяная яма, пожирающая Лос-Анджелес|Джефф Мана|6 декабря 2014 г.|DAILY BEAST

• Голос Бирна не голос певца — у него нет резонанса.

  The Stacks: Одержимость говорящими головами Полин Кель|Полин Кель|22 ноября 2014|DAILY BEAST

• Время насилия над студентами имеет особый резонанс и взбудоражило общественное мнение.

  Анатомия резни мексиканского студента|Джейсон МакГахан|8 октября 2014 г.|DAILY BEAST

• Этот фильм имеет особое значение для Джонса, поскольку Терри также был его наставником.

  Куинси Джонс рассказывает о подлых улицах Чикаго, почему Канье Уэст не Майкл Джексон и Бибер|Марлоу Стерн|25 сентября 2014 г.|DAILY BEAST

• Буква m связана с ноздрями или гудящим тоном (который является основой весь резонанс в голосе).

  Культура экспрессивного голоса|Джесси Элдридж Саутвик

• Затем постепенно повышайте высоту тона, все еще получая грудные тона и произнося их с полным резонансом.

  Читатели Онтарио: Читатель средней школы, 1886 г. | Министерство образования

• Он отличался исключительной учтивостью в поведении и сладостью и звонким звучанием голоса.

  Аннулирование, отделение Аргумент Вебстера и Резолюции Кентукки и Вирджинии|Калеб Уильям Лоринг

• Термин «темный» здесь подразумевает глубокий и неясный резонанс, с небольшим трением.

  Звуки разговорного английского|Вальтер Риппманн

• Стояла тихая, ясная, морозная ночь, когда малейший звук отдавался металлическим звоном.

  Бюджет рождественских сказок Чарльза Диккенса и др. телом, вибрирующим в соответствии с соседним источником звука

  состояние тела или системы, когда они подвергаются периодическим возмущениям той же частоты, что и собственная частота тела или системы. На этой частоте система демонстрирует усиленные колебания или вибрацию

  усиление звуков речи симпатическими колебаниями в костных структурах головы и грудной клетки, резонирующими в полостях носа, рта и глотки

  электроника Состояние электрической цепи, когда частота такова, что емкостная и индуктивная реактивные сопротивления равны по величине. В последовательной цепи максимальный переменный ток, а в параллельной цепи минимальный переменный ток

  при перкутировании полых структур тела, особенно грудной клетки или живота. Изменение качества звука часто указывает на основное заболевание или расстройство

  chem явление, при котором электронная структура молекулы может быть представлена ​​двумя или более гипотетическими структурами, включающими одинарные, двойные и тройные химические связи. Истинная структура считается средней из этих теоретических структур

  физика

  1. состояние системы, при котором существует резко выраженная максимальная вероятность поглощения электромагнитного излучения или захвата частиц
  2. тип элементарной частицы крайне короткий срок службы. Резонансы рассматриваются как возбужденные состояния более стабильных частиц
  3. крайне неустойчивое атомное состояние, образующееся в процессе столкновения

  Происхождение слова для резонанса

  C16: от латинского resonāre — резонировать

  Английский словарь Коллинза — полное и полное цифровое издание 2012 г. © William Collins Sons & Co. Ltd., 1979, 1986 © HarperCollins Publishers 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

  Научные определения резонанса

  резонанс

  [rĕz′ə-nəns]

  ---

  Колебания, возникающие в физической системе при воздействии на нее другой системы, которая сама колеблется с нужной частотой. Например, качели будут раскачиваться на большую высоту, если каждый последующий толчок будет синхронизирован с первоначальным раскачиванием. Радиоприемники настроены на улавливание одной радиочастоты, а не другой, с использованием резонансной схемы, которая сильно резонирует с входящим сигналом только в узкой полосе частот. Деки музыкальных инструментов, напротив, спроектированы так, чтобы резонировать с большим диапазоном частот, воспроизводимых инструментом. См. также гармоническое движение.

  Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

  Резонанс – Химия LibreTexts

  1. Последнее обновление

  2. Сохранить как PDF

• Идентификатор страницы

  2006

Резонанс — это умственное упражнение в рамках теории связи валентных связей, которое описывает делокализацию электронов внутри молекул. Он включает в себя построение нескольких структур Льюиса, которые в сочетании представляют полную электронную структуру молекулы. Резонансные структуры используются, когда одна структура Льюиса не может полностью описать связь; комбинация возможных резонансных структур определяется как -резонансный гибрид , который представляет общую делокализацию электронов внутри молекулы. В общем, молекулы с несколькими резонансными структурами будут более стабильными, чем молекулы с меньшим количеством резонансных структур, и некоторые резонансные структуры вносят больший вклад в стабильность молекулы, чем другие – формальные заряды помогают определить это.

Введение

Резонанс — это способ описания делокализованных электронов в определенных молекулах или многоатомных ионах, где связь не может быть выражена одной формулой Льюиса. Молекула или ион с такими делокализованными электронами представлена ​​несколькими резонансными структурами. Ядерный скелет структуры Льюиса этих резонансных структур остается прежним, различаются только положения электронов. Так обстоит дело с озоном (\(\ce{O3}\)), аллотропом кислорода с V-образной структурой и углом O–O–O 117,5°. Давайте мотивируем обсуждение, построив структуру Льюиса для озона.

1. Мы знаем, что озон имеет V-образную структуру, поэтому один атом O является центральным:

2. Каждый атом O имеет 6 валентных электронов, всего 18 валентных электронов.

3. Присвоение одной связывающей пары электронов каждой связи кислород-кислород дает

с 14 оставшимися электронами.

4. Если мы поместим три неподеленные пары электронов на каждый концевой кислород, мы получим

и у нас останется 2 электрона.

5. В этот момент оба концевых атома кислорода имеют октеты электронов. Поэтому мы помещаем последние 2 электрона на центральный атом:

6. Центральный кислород имеет только 6 электронов. Мы должны преобразовать одну неподеленную пару на концевом атоме кислорода в связывающую пару электронов — но какую? В зависимости от того, что мы выбираем, мы получаем либо

, либо

Что правильно? На самом деле ни то, ни другое не верно. Оба предсказывают одну одинарную связь O – O и одну двойную связь O = O. Как вы узнаете, если бы связи были разных типов (например, одна одинарная и одна двойная), они имели бы разную длину. Однако оказывается, что оба расстояния связи O–O одинаковы, 127,2 пм, что меньше, чем типичная одинарная связь O–O (148 пм), и больше, чем двойная связь O=O в O ₂ (120,7 вечера).

Эквивалентные точечные структуры Льюиса, такие как структуры озона, называются резонансными структурами . Положение атомов одинаково в различных резонансных структурах соединения, но положение электронов отличается. Двунаправленные стрелки связывают различные резонансные структуры соединения:

Двунаправленная стрелка указывает на то, что фактическая электронная структура представляет собой среднее показанных, а не на то, что молекула колеблется между двумя структурами.

Когда для молекулы или иона можно написать более одной эквивалентной резонансной структуры, фактическая структура представляет собой среднее значение резонансных структур.

Электроны, по-видимому, «перемещаются» между различными резонансными структурами, и хотя это не совсем правильно, поскольку каждая резонансная структура является просто ограничением использования точки зрения структуры Льюиса для описания этих молекул. Более точное описание электронной структуры молекулы требует одновременного рассмотрения нескольких резонансных структур.

Делокализация и резонансные структуры Правила

1. Резонансные структуры должны иметь одинаковое количество электронов, не добавлять и не вычитать электроны. (проверьте количество электронов, просто посчитав их).
2. Каждая резонансная структура следует правилам написания структур Льюиса.
3. Гибридизация структуры должна остаться прежней.
4. Каркас конструкции изменить нельзя (двигаются только электроны).
5. Резонансные структуры также должны иметь одинаковое количество одиночных пар.

“Выберите правильную стрелку для работы”

Большинство стрелок в химии нельзя использовать взаимозаменяемо, и необходимо уделить внимание выбору правильной стрелки для работы.

• \(\leftrightarrow\): двунаправленная стрелка на обоих концах стрелки между структурами Льюиса используется для обозначения резонанса
• \(\rightleftharpoons\): Двойные гарпуны используются для обозначения равновесия 9{2-}}\).

  Решение

  1. Поскольку углерод является наименее электроотрицательным элементом, мы помещаем его в центральное положение:

  2. У углерода 4 валентных электрона, у каждого кислорода 6 валентных электронов, и еще 2 у − 2 заряд. Это дает 4 + (3 × 6) + 2 = 24 валентных электрона.

  3. Шесть электронов используются для образования трех пар связи между атомами кислорода и углерода:

  4. Разделим оставшиеся 18 электронов поровну между тремя атомами кислорода, поместив три неподеленные пары на каждый и указав заряд -2 :

  5. У центрального атома не осталось электронов.

  6. На данный момент атом углерода имеет только 6 валентных электронов, поэтому мы должны взять одну неподеленную пару из кислорода и использовать ее для образования двойной связи углерод-кислород. В этом случае, однако, есть три возможных варианта:

  Как и в случае с озоном, ни одна из этих структур точно не описывает связывание. Каждый из них предсказывает одну двойную связь углерод-кислород и две одинарные связи углерод-кислород, но экспериментально все длины связей C-O идентичны. Мы можем написать резонансные структуры (в данном случае три) для карбонат-иона:

  Фактическая структура представляет собой среднее значение этих трех резонансных структур.

  Подобно озону, электронная структура иона карбоната не может быть описана одной электронной структурой Льюиса. Однако, в отличие от O ₃ , фактическая структура CO ₃ ²⁻ представляет собой в среднем три резонансных структуры.

  Использование формальных зарядов для идентификации жизнеспособных резонансных структур

  Хотя каждая резонансная структура вносит свой вклад в общую электронную структуру молекулы, они могут не вносить одинаковый вклад. Присвоение формальных зарядов атомам в молекулах является одним из механизмов определения жизнеспособности резонансной структуры и определения ее относительной величины среди других структур. Формальный заряд атома в ковалентных частицах — это суммарный заряд, который атом нес бы, если бы электроны во всех связях с атомом были поровну разделены. В качестве альтернативы формальный заряд атома в ковалентных частицах представляет собой суммарный заряд, который атом нес бы, если бы все связи с атомом были неполярными ковалентными связями. Чтобы определить формальный заряд данного атома в ковалентной разновидности, используйте следующую формулу:

  \[\text{Формальный заряд} = (\text{количество валентных электронов на свободной орбите}) – (\text{количество электронов неподеленной пары}) – \frac{1}{2} (\text{ количество электронов связи пары}) \label{FC}\]

  Правила оценки стабильности резонансных структур

  1. Чем больше число ковалентных связей , тем выше стабильность, поскольку больше атомов будет иметь полные октеты
  2. Структура с наименьшим количеством формальных сборов стабильнее
  3. Структура с наименьшим разделением формального заряда более стабильна
  4. Структура с отрицательным зарядом на более электроотрицательном атоме будет более стабильной
  5. Положительный заряд на наименее электроотрицательном атоме (наиболее электроположительный) более стабилен
  6. Эквивалентные резонансные формы не отличаются стабильностью и вносят одинаковый вклад (например, бензол) 9-\)) ион.

     Решение

     1. Найдите структуру Льюиса молекулы. (Вспомните правила структуры Льюиса.)

     2. Резонанс: Всем элементам нужен октет, и мы можем сделать это несколькими способами, перемещая электроны концевого атома (связи тоже).

     3. Назначьте официальные расходы с помощью уравнения \ref{FC}.

     Формальный заряд = (количество валентных электронов на свободной орбите) – (количество электронов неподеленной пары) – ( \( \frac{1}{2} \) число электронов пары связи)

     Не забудьте определить число валентных электронов у каждого атома перед назначением формальных зарядов. электрон для заряда (-1). Всего валентных электронов 16.

     4. Найдите наиболее идеальную резонансную структуру. (Примечание: это заряд с наименьшим формальным зарядом, который в сумме дает ноль или общий заряд молекулы.)

     5. Теперь нам нужно посмотреть на электроотрицательность «правильной» структуры Льюиса.

     Наиболее электроотрицательный атом обычно имеет отрицательный формальный заряд, тогда как наименее электроотрицательный атом обычно имеет положительный формальный заряд.

     Полезно объединить резонансные структуры в единую структуру, называемую Resonance Hybrid , которая описывает связывание молекулы. Общий подход описан ниже:

     1. Нарисуйте структуру и резонанс Льюиса для молекулы (используя сплошные линии для связей).
     2. Там, где может быть двойной или тройной связью, нарисуйте пунктирную линию (—–) для связи.
     3. Нарисуйте только неподеленные пары, имеющиеся во всех резонансных структурах, не включая неподеленные пары, которых нет во всех резонансных структурах.

     Пример \(\PageIndex{4}\): Бензол

     Бензол — это обычный органический растворитель, который ранее использовался в бензине; Однако он больше не используется для этой цели, потому что теперь известно, что он является канцерогеном. Молекула бензола (\(\ce{C6H6}\)) состоит из правильного шестиугольника атомов углерода, каждый из которых также связан с атомом водорода. Используйте резонансные структуры для описания связи в бензоле.

     Дано: молекулярная формула и молекулярная геометрия. Затем подсчитайте количество валентных электронов, используемых на этом рисунке.

  7. Вычтите это число из общего числа валентных электронов в бензоле и затем расположите оставшиеся электроны так, чтобы каждый атом в структуре достиг октета.
  8. Нарисуйте резонансные структуры для бензола.

  Решение:

  A Каждый атом водорода дает 1 валентный электрон, а каждый атом углерода дает 4 валентных электрона, всего (6 × 1) + (6 × 4) = 30 валентных электронов. Если мы поместим одну пару связывающих электронов между каждой парой атомов углерода и между каждым углеродом и атомом водорода, мы получим следующее:

  Каждый атом углерода в этой структуре имеет только 6 электронов и имеет формальный заряд +1, но мы использовали только 24 из 30 валентных электронов.

  B Если 6 оставшихся электронов равномерно распределить попарно на чередующихся атомах углерода, мы получим следующее:

  Три атома углерода теперь имеют октетную конфигурацию и формальный заряд −1, а три атома углерода имеют только 6 электронов. и формальный заряд +1. Мы можем преобразовать каждую неподеленную пару в пару связывающих электронов, которая дает каждому атому октет электронов и формальный заряд, равный 0, путем образования трех двойных связей C=C.

  C Однако это можно сделать двумя способами:

  Каждая структура имеет чередующиеся двойные и одинарные связи, но эксперименты показывают, что каждая углерод-углеродная связь в бензоле идентична, а длина связи (139,9 пм) является промежуточной между длинами, обычно встречающимися для одинарной связи С-С (154 пм) и Двойная связь C=C (134 пм). Мы можем описать связь в бензоле, используя две резонансные структуры, но фактическая электронная структура является средней из двух. Существование множественных резонансных структур для ароматических углеводородов, таких как бензол, часто обозначается кружком или пунктирными линиями внутри шестиугольника: 9{-}}\).

  Раствор

  1. Подсчитайте валентные электроны: (1*5) + (3*6) + 1(ион) = 24 электронов

  2. Нарисуйте связи:

  3 9 . Добавьте октетные электроны к атомам, связанным с центральным атомом:

  4. Поместите все оставшиеся электроны (24-24 = 0 ) на центральный атом:

  5. Есть ли у центрального атома октет ?

  • НЕТ , у него 6 электронов 9{-}}\) ион должен быть несколько короче одинарной связи.

    Ссылки

    1. Петруччи, Ральф Х. и др. Общая химия: принципы и современные приложения . Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл, 2007 г.
    .
    2. Ахмад, Ван-Яакоб и Закария, Мэт Б. «Рисование структур Льюиса из символов Льюиса: подход прямого спаривания электронов». Журнал химического образования: Журнал 77.3.

    Проблемы

    1. Верно или нет. На рисунке ниже изображена резонансная структура?
    2. Нарисуйте точечную структуру Льюиса для SO ₄ ^{2 –} и все возможные резонансные структуры. Какая из следующих резонансных структур не является предпочтительной среди структур Льюиса? Объяснить, почему. Назначение официальных обвинений.
    3. Нарисуйте точечную структуру Льюиса для CH ₃ COO ^– и всех возможных резонансных структур. Назначение официальных обвинений. Выберите наиболее благоприятную структуру Льюиса.
    4. Нарисуйте точечную структуру Льюиса для H PO _{3 ^{2 –}} 1 1 1 и всех возможных резонансных структур. Назначение официальных обвинений.
    5. Нарисуйте точечную структуру Льюиса для CHO ₂ ^{1 –} и всех возможных резонансных структур. Назначение официальных обвинений.
    6. Нарисуйте резонансную гибридную структуру для P O ₄ ^{3 –} .
    7. Нарисуйте резонансную гибридную структуру для N O ₃ ^– .
    Задачи #2

    Ответы

    1. Неверно, потому что двигались не электроны, а только атомы (это нарушает правила резонансной структуры).

    2. Ниже представлена ​​структура всех точек Льюиса с формальными зарядами (выделены красным) для сульфата ( SO ₄ ^{2 –} ). Не существует наиболее благоприятного резонанса сульфат-иона, потому что все они имеют одинаковый заряд и между атомами кислорода нет изменений в электроотрицательности.

    3. Ниже резонанс для CH ₃ COO ^– , формальные обвинения отображаются красным цветом. Структура Льюиса с наиболее формальными зарядами нежелательна, потому что нам нужна структура Льюиса с наименьшим формальным зарядом.