Paramagnetism: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
Resümee puudub |
Resümee puudub |
||
39. rida:
====s ja p elektronid====
Tugev delokalisatsioon tahkises tänu naaberlainefunktsioonide kattuvusele põhjustab elektronide paardumist. Selle tõttu on s- ja p-tüüpi metallid tavaliselt Pauli-paramagneetikud või isegi [[diamagnetism|diamagneetikud]] (nt [[kuld]]). Viimasel juhul sisemiste [[aatomorbitaal]]ide elektronide diamagnetiline mõju on tugevam kui välimiste orbitaalide peaaegu vabalt liikuvate elektronide paramagnetiline mõju.
====d ja f elektronid====
47. rida:
====Molekulaarne lokalisatsioon====
Ülevalpool toodud kirjeldus on üldistatud ning tegelikult kirjeldab rohkem laiendatud [[võrestruktuur]]i kui molekulaarset struktuuri. Molekulaarses struktuuris võivad samuti elektronid lokaliseeruda. Kuigi energeetilistel põhjustel ei saa molekulis olla osaliselt täidetud [[molekulaarorbitaal]]e (st paardumata elektrone),
==Curie' seadus==
Magnetiseerituse astet paramagnetite korral kirjeldab lähedaselt [[Magneetikud#Curie' seadus|Curie' seadus]]. Seadus väidab, et paramagnetiliste materjalide magnetiline vastuvõtlikkus <math>\chi</math> on pöördvõrdelises seoses temperatuuriga, st materjalid muutuvad madalamatel temperatuuridel
magnetilistemateks. Matemaatiline võrrand:
:<math> \boldsymbol{M} = \chi\boldsymbol{H} = \frac{C}{T}\boldsymbol{H}</math>
kus:
: <math>M</math> on [[magnetiseeritus]]
: <math>\chi</math> on [[magnetiline vastuvõtlikkus]]
: <math>H</math> on välise [[Magnetväli|magnetvälja]] tugevus, ühik [[amper]]/[[meeter]]
: <math>T</math> on [[absoluutne temperatuur]], ühik [[kelvin]]
: <math>C</math> on uuritavale materjalile vastav [[Curie' konstant]]
Curie' seadus kehtib tavaliselt kasutatavatel madala magnetiseerituse (μ<sub>B</sub>H ≲ k<sub>B</sub>T) tingimustel, kuid ei kehti tugeva välja/madala temperatuuri tingimustes, mille korral esineb küllastunud magnetiseeritus (μ<sub>B</sub>H ≳ k<sub>B</sub>T) ning kõik magnetilised [[dipool]]id on joondunud välise välja järgi. Kui kõik dipoolid on joondunud, siis välise välja tugevnemine ei tugevnda summmaarset magnetiseeritust, sest edasine joondumine ei ole võimalik.
Paramagnetiliste [[ioon]]ide korral, mille [[nurkmoment]] on J ning [[Magnetism#Magnetmoment|magnetmoment]]ide vahel interaktsioon puudub, on Curie' konstant seotud üksiku iooni magnetmomendiga:
:<math>C=\frac{N_{A}}{3k_{B}}\mu_{\mathrm{eff}}^{2}\text{ kus }\mu_{\mathrm{eff}} = g_{J}\mu_{B}\sqrt{J(J+1)}</math>.
kus:
: <math>N_{A}</math> on [[Avogadro arv]]
: <math>k_{B}</math> on [[Boltzmanni konstant]]
: <math>\mu_{eff}</math> on efektiivne magnetmoment paramagnetilise iooni kohta
: <math>\mu_{B}</math> on [[Bohri magnetron]]
: <math>g_{J}</math> on [[Landé g-faktor]]
Kui kasutada klassikalist lähenemist, mille korral molekulaarseid magnetmomente käsitletakse diskreetsete suurustena μ, siis Curie' seadus avaldub samal kujul, ainult μ tuleb kirjutada μ<sub>eff</sub> asemele.
Kui orbitaalse nurkmomendi panus magnetmomenti on väike, siis efektiivne magnetmoment avaldub (g<sub>e</sub> = 2.0023... ≈ 2):
:<math>\mu _{\mathrm{eff}}\simeq 2\sqrt{S(S+1)}\mu _{B}=\sqrt{n(n+2)}\mu _{B}</math>
kus ''n'' on paardumatta elektronide arv. Võrrand kehtib enamuse orgaaniliste radikaalide ja oktaeedriliste üleminekumetallide komplekside (milles on d<sup>3</sup> või kõrge-spinniline d<sup>5</sup> konfiguratsioon) puhul.
==Paramagnetite näited==
Paramagnetiliste materjalide all peetakse üldjuhul
{|class="wikitable sortable" style="float:right; margin:20px" width="200px"
|+tüüpiliste d<sup>3</sup> ja d<sup>5</sup> siirdemetallide komplekside
!Molekulvalem!!μ<sub>eff</sub>/μ<sub>B</sub>
|-
76. rida ⟶ 111. rida:
Lühima definitsiooni kohaselt on tegu paardumata spinnidega süsteemiga, milles spinnid omavahel ei interakteeru. Kitsaimas lähenduses on ainuke paramagnet üheaatomilise [[vesinik]]u gaas madalal rõhul, igal aatomil on ainult üks paardumata ja mitteinterakteeruv elektron. Seda võiks ka öelda [[liitium]]i gaasi molekulide kohta, kuid liitiumi aatomil on lisaks 2 paardunud elektroni, millest üks põhjustab vastasmärgilist dimagnetilist mõju. Seega on liitium rangelt võttes segasüsteem, kuigi dimagnetiline komponent on väga nõrk ning jäetakse tihti arvestamatta. Raskemate elementide korral muutub dimagnetilise komponendi mõju määravamaks ja näiteks metallilise [[kuld|kulla]] korral domineeribki dimagnetiline komponent. Tegelikult ei kutsuta vesiniku aatomit peaaegu mitte kunagi paramagnetiks, sest selle üheaatomiline gaas on stabiilne ainult ekstreemselt kõrgel temperatuuril. Tavatingmustes H aatomid moodustavad H<sub>2</sub> molekuli, spinnid paarduvad ning magnetmoment kaob. Seetõttu on vesinik dimagnetiline ning samuti on seda ka enamus teisi elemente. Kuigi enamus aatomite ja ioonide [[elektronkonfiguratsioon]]is on paardumata spinnid, ei ole õige kutsuda neid paramagnetiteks, sest [[standardtemperatuur]]il spinnid paarduvad. Paardumistendents on nõrgim f-elektronidele, sest f-orbitaalid (eriti 4f) on radiaalselt koondatud ja kõrvalaatomite orbitaalidega kattumine on väike. Tänu sellele on täielikult täitumatta 4f-orbitaalidega [[lantanoid]]id paramagnetilised.<ref>J. Jensen and A. R. MacKintosh, {{Cite web|url=http://www2.nbi.ku.dk/page40667.htm|title=Rare Earth Magnetism|accessdate=2009-07-12}}, (Clarendon Press, Oxford: 1991).</ref>
Seetõttu on kondenseeritud faasis paramagnetid võimalikud ainult siis, kui spinnide interaktsioonid (põhjustavad paardumist või joondumist) on ära hoitud magnetiliste tsentrite struktuurilise isolatsiooniga. On kaks klassi materjale, mille korral see kehtib:
*Molekulaarsed paramagnetilsite (isoleeritud) tsentritega materjalid.
**Heaks näiteks on d- või f-metallide [[koordineeritud kompleksid]] või selliste tsentritega [[valk|valgud]] (nt. [[müoglobiin]]). Sellistes materjalides orgaaniline molekuli osa käitub kui kate, mis kaitseb naaberaatomite spinnide eest.
**Väikesed molekulid võivad olla stabiilsed [[radikaal]]idena, näiteks [[hapnik]] O<sub>2</sub>. Sellised süsteemid on väga haruldased kuna on üldjuhul väga reaktiivsed.
*Lahjendatud süsteemid.
**Paramagnetiliste osakeste väikese kontentratsiooni viimine diamagnetilisesse võresse, nt. Nd<sup>3+</sup> viimine [[kaltsiumkloriid]]i. Antud süsteemis on [[neodüüm]]i ioonide vahekaugus piisavalt suur, et nad üksteisega ei interakteeruks. Sellised süsteemid on väga tähtsad tundlike uurimismeetodite puhul paramagnetiliste süsteemide uurimisel, [[elektronide paramagnetiline resonants]] (EPR).
===Interaktsioonidega süsteemid===
89. rida ⟶ 131. rida:
Curie'-Weissi seadusele vastav paramagnetiline kirjeldus ülevalpool T<sub>C</sub> ja T<sub>N</sub> on erinev ''paramagnet''-ist, sest see ei tähenda interaktsioonide puudumist vaid seda, et [[magnetstruktuur]] on välise välja puudmisel ja kõrgetel temperatuuridel suvalises paigutuses. Isegi θ väärtuse 0 juures ei ole tegu interaktsioonide puudumisega, vaid joonduvad ferromagneetikud ja antijoonduvad antiferromagneetikud tühistavad teineteist. Probleem on lisaks see, et interaktsioonid kristallvõres erinevad erinevates suundades ([[anisotroopia]]). Selle tulemusena on korrastunud seisundis [[magnetstruktuur]]id väga keerulised.
Suvaline paigutus magnetstruktuuris kehtib ka paljude metallide puhul, nende korral on märgata paramagnetilist
===Superparamagnetid===
| |||