Классификация магнитных явлений

Если в магнитном поле находится вещество, молекулы которого не имеют неспаренных электронов, (мo = 0), то, в соответствие с уравнениями (4) и (6), единственным членом, дающим вклад в магнитную восприимчивость, является чd.

В этом случае вещество является диамагнитным: оно менее проницаемо для магнитных силовых линий, чем вакуум, и в неоднородном магнитном поле на него действует сила, по направлению противоположная градиенту напряжённости магнитного поля. Иначе говоря, образец выталкивается из магнитного поля.

Если же молекулы помещённого в магнитное поле вещества содержат неспаренные электроны (свободные радикалы ионы переходным или редкоземельных элементов и т. п.), т. е. обладают отличным от нуля магнитным моментом, то положительная составляющая чp, превосходящая по абсолютной величине (не менее чем на порядок) отрицательную чd, делает магнитную восприимчивость чM положительной.

В таком случае говорят, что вещество парамагнитно. Оно более проницаемо для магнитных силовых линий, и в нём индуцированное магнитное поле и внешнее поле совпадают по направлению. Образец вещества втягивается в магнитное поле.

Диамагнетизм присущ всем без исключения веществам и представляет собой сравнительно слабый эффект.

Поэтому при выделении из чM парамагнитной составляющей (для вычисления магнитного момента) величиной чd часто пренебрегают.

В том случае, когда величину чd нужно учитывать, её определяют либо экспериментально по уравнению (6) из температурной зависимости магнитной восприимчивости, либо рассчитывают теоретически по аддитивной схеме Паскаля, которая будет рассмотрена ниже.

В этом случае значение парамагнитной составляющей находят по формуле (7):

(7).

В химической литературе вместо чp часто используют иное обозначение — ч’M. Из уравнения (5) следует, что молярная магнитная восприимчивость, исправленная на диамагнетизм (ч'M), связана с температурой обратно пропорциональной зависимостью (8):

(8).

где C — константа Кюри.

Закон Кюри (8) не всегда выполняется, и чаще всего имеют место отклонения от него.

В этом случае температурную зависимость магнитной восприимчивости описывает закон Кюри-Вейсса (9):

(9).

где И — константа Вейсса.

Нетрудно видеть, что константа Вейсса может быть найдена по температурной зависимости магнитной восприимчивости. Она может принимать как положительные, так и отрицательные значения; её размерность такая же, как у температуры, а величина чаще всего располагается в интервале 5 — 30 кельвинов.

Физического смысла константа Вейсса не имеет. Отклонения от закона Кюри можно объяснить влиянием соседних парамагнитных частиц, так что в твёрдом теле или в концентрированном растворе, где плотность парамагнитных центров значительна, не следует ожидать выполнения закона Кюри. магнетохимия фарадей поляризация Поскольку величина константы Вейсса не всегда известна (когда измерения проведены лишь при одной температуре), часто предполагают, что закон Кюри соблюдается, и определяют величину магнитного момента по уравнению (8).

Для того чтобы указать на приближённый характер полученного значения, мo заменяют на мэфф — эффективный магнитный момент. За единицу измерения магнитного момента принимают магнетон Бора (мB, в русскоязычной литературе часто используется обозначение М.Б.): эрг/Гс.

где е — заряд электрона;

h — постоянная Планка;

с — скорость света;

m — масса электрона.

Таким образом, эффективный магнитный момент, измеренный в магнетонах Бора, можно найти по формуле (10):

(10).

Благодаря случайному совпадению дробь в правой части выражения (10) почти точно равна восьми. Поэтому эффективный магнитный момент можно рассчитать по упрощённой формуле (11):

(11).

Формула (11) не учитывает температурно-независимый (ванфлековский) парамагнетизм (Nб). Величину Nб можно найти в справочной литературе; например, для иона Cu2+ Nб = 60· 10−6 см3/моль.

При учёте температурно-независимого парамагнетизма выражение (11) преобразуется к следующему виду:

(11а).