Физические методы исследования. Часть 1. Бондарев Ю.М - 22 стр.

UptoLike

Составители: 

22
χ = µ-1/4π, (12)
которая называется магнитной восприимчивостью .
χ можно отнести к единице объема, массы или количества вещества , тогда она
называется соответственно объемной (безразмерной ) χ
v
, удельной χ
d
(в см
3
/ г ) или молярной
χ
м
(в см
3
/ моль) магнитной восприимчивостью . Понятно, что, следуя приведенной формуле,
χ вакуума равна нулю .
Все вещества можно разделить на две категории: те, которые ослабляют магнитное
поле (χ<0), называются диамагнетиками , те, которые усиливают (χ>0) - парамагнетиками
(рис.9).
Рис.9. Поведение различных веществ в магнитном поле:
а - диамагнетики,
б - парамагнетиками
Можно представить себе, что в неоднородном
магнитном поле на диамагнетик действует сила,
выталкивающая его из поля, на парамагнетик, наоборот ,
- втягивающая. На этом основаны методы измерения
магнитных свойств веществ. Диамагнетики (а это
подавляющее большинство органических и
высокомолекулярных соединений) и главным образом
парамагнетики являются объектами изучения
магнетохимии.
Магнетохимия раздел химии, изучающий магнитные свойства веществ, а также их
связь со строением молекул . Изучение магнетизма представляет интерес, так как позволяет
глубже понять строение твердых тел . Сущность магнетохимии заключается в применении
результатов изучения магнитных свойств вещества для решения химических проблем .
Магнетохимия позволяет обнаруживать частицы , содержащие неспаренные электроны , по
числу неспаренных электронов в ионе переходного металла определять его валентное
состояние. Кроме того, исследование магнитных свойств важно и для практики, так
например ферромагнетики на основе железа, никеля и кобальта чрезвычайно широко
используются для различных практических применений.
Диамагнетизм - важнейшее свойство материи, обусловленное тем , что под действием
магнитного поля электроны в заполненных электронных оболочках (которые можно
представить как маленькие проводники) начинают прецессировать, а, как известно, любое
движение электрического заряда вызывает магнитное поле, которое по правилу Ленца будет
направлено так , чтобы уменьшить воздействие со стороны внешнего поля. Электронную
прецессию при этом можно рассматривать как круговые токи.
Диамагнетизм является универсальным свойством , присущим всем веществам, кроме
атомарного водорода, потому что у всех веществ имеются спаренные электроны и
заполненные электронные оболочки.
Парамагнетизм ( >0) обнаруживается :
- в атомах , молекулах и в дефектах решетки, обладающих нечетным числом электронов,
и следовательно, ненулевым полным спином (например: свободные атомы Na,
газообразный NO, F-центры в щелочно- галлоидных соединениях );
- в свободных атомах и ионах с частично заполненными внутренними оболочками :
переходных элементах ; ионах , изоэлектронных с переходными элементами ;
редкоземельных атомах и актиноидах (например: Mn
2+
,Gd
3+
,U
4+
). Парамагнетизм
проявляется во многих из этих атомов , даже в том случае, когда они внедрены в
решетку, но величина восприимчивости при этом изменяется ;
- в некоторых соединениях с четным числом электронов , включая молекулярный
кислород и органические бирадикалы, когда имеется нескомпенсированный спин
электронов;
                                                22
                                          χ = µ-1/4π,                                         (12)
к оторая назы вается магни тной воспри и мчи востью .
      χ можно отнести к еди ни це объема, массы и ли к оли чества вещ ества, тогда она
назы вается соответственнообъемной (безразмерной ) χv, удельной χd (в см3/г) и ли молярной
χм (в см3/моль) магни тной воспри и мчи востью . П онятно, что, следуя при веденной ф ормуле,
χ вак уума равна нулю .
      В се вещ ества можно раздели ть на две к атегори и : те, к оторы е ослабляю т магни тное
поле (χ<0), назы ваю тся ди амагнети к ами , те, к оторы е уси ли ваю т (χ>0) - парамагнети к ами
(ри с.9).
                                     Ри с.9. П оведени е разли чны х вещ естввмагни тном поле:
                                              а - ди амагнети к и ,
                                              б - парамагнети к ами

                                            М ожно представи ть себе, что в неоднородном
                                      магни тном поле на ди амагнети к дей ствует си ла,
                                      вы талк и ваю щ ая егои з поля, на парамагнети к , наоборот,
                                      - втяги ваю щ ая. Н а э том основаны методы и змерени я
                                      магни тны х свой ств вещ еств. Д и амагнети к и (а это
                                      подавляю щ ее        больш и нство     органи ческ и х      и
                                      вы сок омолек улярны х соеди нени й ) и главны м образом
                                      парамагнети к и       являю тся     объек тами     и зучени я
магнетох и ми и .

      М агнетохимия – раздел х и ми и , и зучаю щ и й магни тны е свой ства вещ еств, а так же и х
связь состроени ем молек ул. И зучени е магнети зма представляет и нтерес, так к ак позволяет
глубже понять строени е тверды х тел. С ущ ность магнетох и ми и зак лю чается в при менени и
результатов и зучени я магни тны х свой ств вещ ества для реш ени я х и ми ческ и х проблем.
М агнетох и ми я позволяет обнаружи вать части цы , содержащ и е неспаренны е э лек троны , по
чи слу неспаренны х элек тронов в и оне перех одного металла определять его валентное
состояни е. Кроме того, и сследовани е магни тны х свой ств важно и для прак ти к и , так
напри мер ф ерромагнети к и на основе железа, ни к еля и к обальта чрезвы чай но ш и рок о
и спользую тся для разли чны х прак ти ческ и х при менени й .
      Д и амагнети зм - важней ш ее свой ствоматери и , обусловленное тем, чтопод дей стви ем
магни тного поля э лек троны в заполненны х э лек тронны х оболочк ах (к оторы е можно
представи ть к ак маленьк и е проводни к и ) начи наю т прецесси ровать, а, к ак и звестно, лю бое
дви жени е элек три ческ огозаряда вы зы вает магни тное поле, к оторое поправи луЛ енца будет
направлено так , чтобы уменьш и ть воздей стви е со стороны внеш него поля. Элек тронную
прецесси ю при э том можнорассматри ватьк ак к руговы е ток и .
      Д и амагнети зм является уни версальны м свой ством, при сущ и м всем вещ ествам, к роме
атомарного водорода, потому что у всех вещ еств и мею тся спаренны е э лек троны и
заполненны е элек тронны е оболочк и .
     П арамагнети зм ( >0) обнаружи вается:
     - ватомах , молек улах и вдеф ек тах реш етк и , обладаю щ и х нечетны м чи слом э лек тронов,
        и следовательно, ненулевы м полны м спи ном (напри мер: свободны е атомы Na,
        газообразны й NO, F-центры вщ елочно-галлои дны х соеди нени ях );
     - в свободны х атомах и и онах с части чно заполненны ми внутренни ми оболочк ами :
        перех одны х элементах ; и онах , и зоэлек тронны х с перех одны ми элементами ;
        редк оземельны х атомах и ак ти нои дах (напри мер: Mn2+,Gd3+,U4+). П арамагнети зм
        проявляется во многи х и з э ти х атомов, даже в том случае, к огда они внедрены в
        реш етк у, новели чи на воспри и мчи вости при э том и зменяется;
     - в нек оторы х соеди нени ях с четны м чи слом э лек тронов, вк лю чая молек улярны й
        к и слород и органи ческ и е би ради к алы , к огда и меется неск омпенси рованны й спи н
        элек тронов;