главная > справочник > химическая энциклопедия:

Парамагнетики

Notice: Undefined variable: iko in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 95

Notice: Undefined variable: goo in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 109

Notice: Undefined variable: mn in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 109

Парамагнетики, вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля. Это свойство веществ называют парамагнетизмом. В неоднородном магнитном поле парамагнетики втягиваются в область сильного магнитного поля. Их магнитная восприимчивость c всегда положительна.

Парамагнетизм характерен для веществ, атомы, ионы или молекулы которых обладают собственными магнитными моментами, но в отсутствие внешнего поля эти моменты ориентированы хаотично и в целом намагниченность вещества отсутствует. Магнитные моменты могут быть обусловлены орбитальным движением электронов в оболочках атомов или молекул (орбитальный парамагнетизм), спиновыми моментами самих электронов (спиновый парамагнетизм), магнитными моментами ядер атомов (ядерный парамагнетизм). В отличие от антиферромагнетиков. ферримагнетиков и ферромагнетиков парамагнетики в отсутствие внешнего магнитного поля не обладают магнитной структурой. Внешнее магнитное поле приводит к упорядочению магнитных моментов и, как следствие, к появлению намагниченности вдоль поля.

Конкуренция между упорядочивающим действием магнитного поля и разупорядочивающим действием теплового движения частиц вещества (атомов, ионов) приводит к следующей формуле для c парамагнетики (закон Кюри):

где m-величина магнитного момента атома, N -число парамагнитных атомов в 1 моле вещества, bk_B-постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура. При наличии некоторого взаимодействия между магнитными моментами и их взаимодействием с внутрикристаллическим полем c парамагнетики описывается формулой (закон Кюри-Вейса):

где q-константа Вейса, характеризующая влияние внутрикристаллического поля. Для ферромагнетиков, становящихся выше точки Кюри парамагнетики, q-положит, величина, для антиферромагнетиков. переходящих в парамагнитное состояние выше точки Нееля. q - в большинстве случаев отрицательна.

Формулы (1) и (2) справедливы в области слабых магнитных полей, когда намагниченность вещества I линейно возрастает с ростом напряженности магнитного поля H (I = cH). С возрастанием H и понижением температуры увеличивается степень упорядочения магнитных моментов атомов, а зависимость I от магнитного поля и температуры имеет более сложный вид. Формулы (1) и (2) могут быть использованы для определения концентрации парамагнитных атомов по величине их магнитного момента и характеру зависимости c парамагнетики от температуры.

Спиновый парамагнетизм, или парамагнетизм Паули, свойственный металлам. обусловлен электронами проводимости. В случае полупроводников его величина ничтожно мала. Спиновый парамагнетизм металлов не зависит от температуры. Не зависит от температуры и парамегнетизм Ван Флека. Он присущ веществам, атомы или ионы которых в основном энергетическом состоянии не обладают магнитным моментом. В данном случае парамагнетизм обусловлен примесью возбужденных состояний с магнитным моментом.

В случае ядерного парамагнетизма c подчиняется закону Кюри [уравнение (1), где m-величина ядерного магнитного момента, N - концентрация атомных ядер]. Экспериментально ядерный парамагнетизм можно наблюдать в области сверхнизких температур и лишь у тех B-B, в которых отсутствуют электроны проводимости, а электронные оболочки атомов не имеют магнитных моментов, например у ³He при температуре ниже 0,1 К.

К парамагнетики относят некоторые газы (напр., O₂, NO), щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые металлы переходных групп с незаполненными d- или f-электронными оболочками, сплавы этих металлов, химических соединений переходных металлов, их водные растворы, твердые растворы переходных элементов в диамагнитных матрицах, а также свободные радикалы, бирадикалы, молекулы в триплетных электронных состояниях. В парамагнитное состояние переходят антиферро-, ферри- и ферромагнетики при температурах выше температур соответствующих фазовых переходов.

Изучение парамагнетизма веществ дает возможность определять магнитные моменты атомов, ионов, исследовать их зарядовые состояния, позволяет получать информацию о строении молекулярных комплексов, сложных молекул, о структуре твердых растворов парамагнитных ионов в диамагнитных матрицах, о кинетике химических реакций с участием свободных радикалов и т. д. Аналогичная информация может быть получена при помощи ЭПР (основой метод) и ЯМР. Адиабатическое размагничивание парамагнитных солей (элементов групп Fe и РЗЭ) используют для получения сверхнизких температур (ниже 1 К). Измерения c парамагнитных солей применяют для измерения низких температур.

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, M., 1971; Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., M., 1978. См. также лит. при ст. Магнето-химия. Д. Г. Андрианов.