Paramagnetyzm

Wyjaśniamy, czym jest paramagnetyzm, jego cechy, zastosowania i podajemy kilka przykładów

Stałe momenty magnetyczne są losowo zorientowane, ale są zgodne z przyłożonym polem magnetycznym. Źródło: Wikimedia Commons/F. Zapata.

Co to jest paramagnetyzm?

On paramagnetyzm Jest to atrakcja, której doświadczają niektóre materiały w obecności zewnętrznego pola magnetycznego. Substancje paramagnetyczne są słabo przyciągane do regionów, w których to pole jest bardziej intensywne.

Początek paramagnetyzmu jest ruch elektronów w atomie, ponieważ każdy ruchomy ładunek elektryczny zachowuje się jak niewielka spira prądu, generując własne pole magnetyczne.

Magnetyzm elektronu i atomu jest charakteryzowany przez wielkość wektora zwaną Moment magnetyczny. Atomy materiałów paramagnetycznych mają momenty magnetyczne netto, ponieważ brakuje elektronów, to znaczy samotnych elektronów na orbicie i których moment magnetyczny netto nie jest unieważniony przez inny.

Tak dzieje się w aluminium, substancji paramagnetycznej, której orbital 3p zawiera pojedynczy elektron, który nadaje atomowi jego netto moment magnetyczny. Z drugiej strony żelazo, którego reakcja magnetyczna jest jeszcze bardziej intensywna, ma 4 brakujące elektrony na ostatnim poziomie.

Przed zastosowaniem pola zewnętrznego momenty magnetyczne materiału są losowo zorientowane, a zatem jego magnetyzacja, która jest netto momentem magnetycznym na jednostkę, jest nieważne. Ale po zastosowaniu pola zewnętrznego momenty magnetyczne mają tendencję do zorientowanej w tym samym kierunku pola, chociaż przeciwstawienie się termiczne agitacja atomów, zapobiegając całkowitemu wyrównaniu.

Gdy materiał jest usuwany z pola zewnętrznego lub znika, momenty magnetyczne substancji paramagnetycznej powracają do początkowego stanu zaburzenia. Ale chociaż pozostają wyrównane, substancja zachowuje się jak słaby magnes.

Charakterystyka paramagnetyzmu

Materiały paramagnetyczne charakteryzują się prezentacją:

1.- Bardziej zewnętrzna warstwa elektroniczna częściowo pełna.

2.- Trwałe momenty magnetyczne netto, ze względu na obecność brakujących elektronów, których moment magnetyczny nie jest anulowany za pomocą innego elektronu.

Może ci służyć: 13 przykładów drugiego prawa Newtona w życiu codziennym

3.- Momenty magnetyczne zorientowane losowo przy braku zewnętrznego pola magnetycznego.

4.- Magnetyzacja netto w obecności pola zewnętrznego, które znika, gdy tylko pole zostanie stłumione. Zdarza się, że wyrównanie z polem zewnętrznym sprzyja minimalnym stanowi energii elektronów.

5.- Pozytywna i niewielka podatność magnetyczna: między 10⁻⁶ i 10⁻². Podatność magnetyczna jest bezwymiarowym wskaźnikiem łatwości substancji do magnetyzowania w obecności pola zewnętrznego.

6.- Zmniejszenie magnetyzacji wraz z temperaturą. Rzeczywiście, materiały paramagnetyczne są posłuszne prawo Curie:

Gdzie χ jest podatnością magnetyczną, T jest temperaturą w Kelvin, a C jest stałą materiału.

Aplikacje paramagnetyzmu

Elektroniczny rezonans paramagnetyczny

Ta technika wykrywa gatunki paramagnetyczne przy stosowaniu zewnętrznego pola magnetycznego do cząsteczek paramagnetycznej substancji stałej, w ten sposób indukowane są pewne zmiany w stanach spinowych, zwane przejścia.

Następnie stosując energię elektromagnetyczną w zakresie mikrofalowym, możliwe jest wytworzenie określonego widma absorpcji, zwanego Elektroniczny rezonans spinowy.

To spektrum pozwala badać cząsteczki pochodzenia organicznego, takie jak wolne rodniki z interakcji między materią organiczną a promieniowaniem jonizującym, oferując między innymi cenne informacje o uszkodzeniach spowodowanych przez takie promieniowanie w tkankach biologicznych.

Próbki nieorganiczne można również analizować za pomocą jonów metali przejściowych.

Chłodzenie magnetyczne

Bardzo interesujące zastosowanie niektórych soli paramagnetycznych, takich jak azotan magnezu, siarczan żelazo-amoniowy i siarczan żelaza-potasu, znajduje się w obszarze niskich temperatur.

Przy stosowaniu zmiennego zewnętrznego pola magnetycznego temperatura tych soli może się różnić, zjawisko znane jako Efekt magnetokaliczny, zaobserwowane po raz pierwszy pod koniec XIX wieku w metalicznym żelazie. W ten sposób można osiągnąć temperatury rzędu 0.01 k.

Datowanie próbki

W tym zastosowaniu zasady elektronicznego rezonansu paramagnetycznego są wykorzystywane do badania materiałów narażonych na promieniowanie jonizujące. Gdy obiekt odbiera promieniowanie jonizujące, które może pochodzić z radioaktywnych minerałów skorupy ziemskiej, występuje ślad, składający się z ładunków elektrycznych uwięzionych w defektach krystalicznej struktury materiału.

Może ci służyć: średnia prędkość

Ten ślad nazywa się Centrum paramagnetyczne I można go wykryć za pomocą elektronicznych technik rezonansu paramagnetycznego.

Możliwe jest zaoferowanie datowania, wiedząc, że wartość ładunków elektrycznych w centrach paramagnetycznych zależy zarówno czas, kiedy próbka była narażona na radioaktywność i dawkę (energia na jednostkę otrzymanej masy).

W ten sposób starsze próbki można datować, niż metoda radiowęglowa pozwala na przykład zęby szkieletowe ery czwartorzędowej, które zawierają minerały wrażliwe na promieniowanie.

Paramagnetyczne czujniki tlenu

Służą one do wykrywania ilości tlenu w próbce, ponieważ tlen jest paramagnetyczny, to znaczy przyciągany do pola magnetycznego magnesu.

Czujnik składa się z magnesu, który działa jako źródło pola magnetycznego, dwie kule pełne azotu (materiał nieparamagnetyczny) umieszczone na obracającej się podparciu między biegunami magnesu i lustro na środku podporowego.

Na lustro wpływa wiązka światła, która znajduje się odbijana w kierunku komórek fotoelektrycznych. Po przyciągnięciu tlenu do biegunów magnesowych istnieje moment obrotowy kulki za pomocą azotu.

Dzięki lusterowi ruch ten jest wykrywany przez komórki fotoelektryczne, które natychmiast emitują sygnał w kierunku systemu, który generuje prąd elektryczny niezbędny do przeciwdziałania obrotu. Ten prąd jest proporcjonalny do ilości obecnego tlenu i można go łatwo mierzyć za pomocą amperomierza.

Parma paramagnetyczna samochodowa

Ta farba samochodowa powoduje, że samochód zmienia kolor, po prostu naciskając przycisk, dzięki specjalnemu polimerowi, który zawiera paramagnetyczny tlenek żelaza.

Może ci służyć: Twierdzenie Nortona: opis, aplikacje, przykłady i ćwiczenia

Zastosując prąd elektryczny, cząstki paramagnetyczne są w określonym sposobie wyrównania z polem, wpływając na sposób wchłaniania polimeru i odbija światło, powodując zmiany koloru.

Oczywiście, aby kolor zmienił samochód, musi być włączony. Gdy silnik jest wyłączony, jego podstawowy kolor jest zwykle biały.

Przykłady materiałów paramagnetycznych

Następujące materiały mają zachowanie paramagnetyczne:

Tlen (gazowy i ciecz)

Ciekł tlen przylega do biegunów magnesowych. Źródło: Jefferson Lab przez YouTube.

Tlen jest gazowy w temperaturze pokojowej i jeden z głównych składników atmosfery. Proste doświadczenie w laboratorium pokazuje, że ciekł tlen wylewa się między biegunami magnesu, gromadzi się w nich.

Siarczan miedzi

Ten związek ma zastosowania rolnicze, takie jak grzybobójcze, w celu wyeliminowania szkodników, które wpływają na uprawy i jako sake. Magnes z łatwością przyciąga próbkę tego związku.

Aluminium

Aluminium to lekki, odporny i ekonomiczny metal z wieloma zastosowaniami. Jest częścią pojazdów, samolotów, przyborów domowych i jest bardzo stosowany w budownictwie. Piłka wykonana z folii aluminiowej jest również przyciągana do magnesu.

Wodór

Atomowy wodór jest najprostszym i najliczniejszym elementem we wszechświecie i jest paramagnetyczny ze względu na moment magnetyczny netto jedynego elektronu.

Stal austenityczna

Jednym z najczęściej używanych stali nierdzewnych jest austenityczna stal nierdzewna (która zawiera austenit, związek żelaza i węgla), o słabych właściwościach paramagnetycznych.

Bibliografia

1. Uwagi elektromedicyny. Czujniki: paramagnetyczna analiza tlenu. Wyjazd z: Pardell.Jest.
2. Cenam. Pomiar podatności magnetycznej. Odzyskany z: Cenam.MX.
3. Podstawy materiałów Materials Science. Odzyskany z: UPV.Jest.
4. Jefferson Lab. Ciekły azot vs. Ciekł tlen: magnetyzm. Odzyskane z: YouTube.com.
5. Właściwości magnetyczne materiałów. Odzyskane z: e-diucative.Cathedu.Jest.
6. Requena, a. Nauka i technika w starożytności: elektroniczny spin paleodood. Odzyskane z: um.Jest.
7. Tormetal. Magnetyzm i stal nierdzewna. Odzyskane z: tormetal.com.
8. Smith, w. 1998. Podstawy inżynierii materiałowej. McGraw Hill.