Реферат: Магнетохімія. Магнітні властивості речовин

Вище деякої температури Т_с матеріал втрачає феромагнітні властивості і перетворюється в парамагнетик, для якого справедливий закон Кюрі-Вейса.

Магнітна сприйнятливість антиферомагнетиків з ростом температури росте (мал. ), а потім спадає як у феромагнетиків. Температура, при якій магнітна сприйнятливість приймає максимальне значення, називається температурою Неєля (Т_N ), вище цієї температури матеріал перетворюється в парамагнетик.

Додатні значення магнітної сприйнятливості парамагнітних матеріалів пояснюються тим, що в речовині є неспарені електрони, спіни яких у речовини в магнітному полі орієнтуються в напрямку цього поля.

В будь-яких матеріалах ріст температури приводить до збільшення теплової енергії іонів і електронів. Тому з підвищенням температури існує, як правило, тенденція до збільшення структурного розупорядкування. В парамагнітних матеріалах теплова енергія електронів і іонів сприяє частковій декомпенсації впорядкування магнітних моментів атомів, яке виникає під дією зовнішнього магнітного поля. Тому в парамагнітних матеріалах магнітна сприйнятливість з ростом температури зменшується.

У феро- і антиферомагнітних матеріалах вплив температури зводиться до збільшення розупорядкування в ідеально впорядкованому паралельному або антипаралельному розміщенню спінів. У випадку феромагнітних матеріалів це веде до порушення впорядкованості паралельної орієнтації з ростом температури. В антиферомагнітних матеріалах це приводить до зменшення степені антипаралельного впорядкування, тобто до збільшення числа розупорядкованих спінів.

Магнітні властивості електронів, ядер, атомів. Природа діа-, пара- і феромагнетизму обумовлюється магнітними властивостями часток, що входять до складу цих речовин. Розглянемо модель одноелектронного атома (мал. ).

Мал. Модель одноелектронного атома

Електрон на своїй орбіталі можна розглядати як деякий елементарний електричний струм з відповідним зарядом і частотою: І = –е · n, де е – заряд електрона; n – частота руху електрона. Магнітний момент, який виникає навколо цього струму, рівний: = μ₀ · І · S, де І – сила струму; μ₀ – магнітна проникність вакуума, або магнітна постійна = 4π10^–7 Гн/м; S – площа орбіти, по якій рухається електрон. Тоді можна записати

= –μ₀ еnS (1)

S = πr² (2)

n = (3)

Значення (2) і (3) підставляємо в формулу (1):

= –μ₀ еπr² = –μ₀ еv= μ₀ еvr

– це величина магнітного моменту струму, який створюється рухом одного електрона по орбіті. Вона відповідає магнітному моменту атома, який виникає за рахунок орбітального руху електрона, тому μ = ( – орбітальне квантове число). Цей же рух електрона по орбіталі створює механічний момент кількості руху = mnr. Справедливе відношення

.

γ – називають магнітомеханічним або гіромагнітним співвідношенням. Тоді

= γ

Згідно квантової механіки механічний момент кількості руху електрона квантується за правилом:

, = 0,1,2,...,n–1. Отже

= γ =

Величина складається з добутку постійних величин і називається магнетоном Бора:

М_Б = ; = –М_Б

Знак ”–” показує, що напрямки орбітального і механічного моменту протилежно направлені.

Електрон в атомі приймає участь в двох рухах одночасно: навколо ядра і навколо власної осі. Рух навколо власної осі називається спіновим, і власний механічний момент кількості спінового руху (спіна) виражається формулою:

Р_S =

де s – спінове квантове число для електрона рівна .

Для спінового магнітного момента гіромагнітне співвідношення γ_s визначається: