Paramagnetisme

We leggen uit wat paramagnetisme is, de kenmerken, toepassingen en geven verschillende voorbeelden

De permanente magnetische momenten zijn willekeurig georiënteerd, maar komen overeen met het toegepaste magnetische veld. Bron: Wikimedia Commons/F. Zapata.

Wat is paramagnetisme?

Hij paramagnetisme Het is de aantrekkingskracht die sommige materialen ervaren in de aanwezigheid van een extern magnetisch veld. Paramagnetische stoffen worden zwak aangetrokken door de gebieden waar dit veld intenser is.

De oorsprong van paramagnetisme is de beweging van elektronen in het atoom, omdat elke bewegende elektrische lading zich gedraagt ​​als een kleine huidige spira, die zijn eigen magnetische veld genereert.

Het magnetisme van het elektron en het atoom wordt gekenmerkt door de vectorgrootte die wordt genoemd Magnetisch moment. De atomen van paramagnetische materialen hebben netto magnetische momenten, omdat ze elektronen missen, dat wil zeggen solitaire elektronen in een orbitaal en wiens netto magnetisch moment niet door een ander wordt geannuleerd.

Dit is wat er gebeurt in aluminium, een paramagnetische stof waarvan 3p orbitaal een enkel elektron bevat dat het atoom zijn netto magnetisch moment geeft. IJzer daarentegen, wiens magnetische respons nog intenser is, heeft 4 ontbrekende elektronen op het laatste niveau.

Voordat het externe veld wordt aangebracht, zijn de magnetische momenten van een materiaal willekeurig georiënteerd en dus is de magnetisatie ervan, het netto magnetische moment per volume -eenheid, nietig. Maar zodra het externe veld is uitgeoefend, zijn de magnetische momenten de neiging om in dezelfde richting van het veld te worden georiënteerd, hoewel de thermische agitatie van de atomen wordt tegengewerkt, waardoor een volledige uitlijning wordt voorkomen.

Wanneer het materiaal uit het externe veld wordt verwijderd of dit verdwijnt, keren de magnetische momenten van een paramagnetische stof terug naar de beginstaat van wanorde. Maar hoewel ze in lijn blijven, gedraagt ​​de stof zich als een zwakke magneet.

Kenmerken van paramagnetisme

Paramagnetische materialen worden gekenmerkt door te presenteren:

1.- Meer externe elektronische laag gedeeltelijk vol.

2.- Permanente netto magnetische momenten, vanwege de aanwezigheid van ontbrekende elektronen, waarvan het magnetische moment niet wordt geannuleerd met die van een ander elektron.

Het kan u van dienst zijn: 13 voorbeelden van de tweede wet van Newton in het dagelijks leven

3.- Magnetische momenten willekeurig georiënteerd in afwezigheid van een extern magnetisch veld.

4.- Netto magnetisatie in aanwezigheid van een extern veld, dat verdwijnt zodra het veld wordt onderdrukt. Het gebeurt dat uitlijning met het externe veld de minimale energietoestand van elektronen bevordert.

5.- Positieve en kleine magnetische gevoeligheid: tussen 10⁻⁶ en 10⁻². De magnetische gevoeligheid is de dimensieloze indicator van het gemak van de stof om te magnetiseren in aanwezigheid van een extern veld.

6.- Afname van magnetisatie met temperatuur. Inderdaad, paramagnetisch materiaal gehoorzamen de wet van Curie:

Waar χ de magnetische gevoeligheid is, is T de temperatuur in Kelvin en C is een constante van het materiaal.

Paramagnetism -toepassingen

Elektronische paramagnetische resonantie

Deze techniek detecteert paramagnetische soorten bij het toepassen van een extern magnetisch veld op de moleculen van een paramagnetische vaste stof, op deze manier worden bepaalde veranderingen in spin toestanden geïnduceerd, genoemd overgangen.

Het is mogelijk om elektromagnetische energie in het magnetronbereik toe te passen, het is mogelijk om een ​​bepaald absorptiespectrum te produceren, genaamd Elektronische spin -resonantie.

Dit spectrum maakt het mogelijk om moleculen van organische oorsprong te bestuderen, zoals vrije radicalen van de interactie tussen organische stof en ioniserende straling, en biedt onder andere waardevolle informatie over de schade die wordt geproduceerd door een dergelijke straling in biologische weefsels.

Anorganische monsters kunnen ook worden geanalyseerd door overgangsmetalen ionen.

Magnetische koeling

Een zeer interessante toepassing van bepaalde paramagnetische zouten, zoals magnesiumnitraat, ijzer-ammoniumsulfaat en ijzerpotassiumsulfaat, bevindt zich op het gebied van lage temperaturen.

Bij het aanbrengen van een variabel extern magnetisch veld kan de temperatuur van deze zouten variëren, fenomeen bekend als bekend als Magnetocalisch effect, waargenomen voor het eerst aan het einde van de 19e eeuw in Metallic Iron. Op deze manier kunnen de temperaturen in de volgorde van 0 worden bereikt.01 K.

Monster dating

In deze toepassing worden de principes van elektronische paramagnetische resonantie gebruikt om de materialen te bestuderen die zijn blootgesteld aan ioniserende straling. Wanneer een object ioniserende straling ontvangt, die kan afkomstig kunnen zijn van radioactieve mineralen van de aardkorst, is er een spoor, bestaande uit elektrische ladingen gevangen in de defecten van de kristallijne structuur van het materiaal.

Kan u van dienst zijn: gemiddelde snelheid

Deze voetafdruk wordt gebeld paramagnetisch centrum En het is detecteerbaar door elektronische paramagnetische resonantietechnieken.

Het is mogelijk om een ​​dating aan te bieden wetende dat de waarde van elektrische ladingen in de paramagnetische centra afhangt, zowel de tijd dat het monster werd blootgesteld aan radioactiviteit en dosis (energie per ontvangen massa -eenheid).

Op deze manier kunnen oudere monsters worden gedateerd dan de radiokoolstofmethode, maakt bijvoorbeeld skelettanden van het quaternaire tijdperk mogelijk, die stralingsgevoelige mineralen bevatten.

Paramagnetische zuurstofsensoren

Ze worden gebruikt om de hoeveelheid zuurstof in een monster te detecteren, omdat zuurstof paramagnetisch is, dat wil zeggen, het wordt aangetrokken door het magnetische veld van een magneet.

De sensor bestaat uit een magneet die werkt als een bron van het magnetische veld, twee bollen vol stikstof (een niet -paramagnetisch materiaal) geplaatst op een roterende ondersteuning tussen de polen van de magneet en een spiegel in het midden van de steun.

Een lichtstraal wordt beïnvloed op de spiegel, die wordt weerspiegeld in de richting van foto -elektrische cellen. Zodra zuurstof wordt aangetrokken door de magneetpalen, is er een koppel dat de bollen roteert met stikstof.

Dankzij de spiegel wordt deze beweging gedetecteerd door foto -elektrische cellen, die onmiddellijk een signaal uitzenden naar een systeem dat de elektrische stroom genereert die nodig is om de beurt tegen te gaan. Deze stroom is evenredig met de hoeveelheid aanwezige zuurstof en wordt gemakkelijk gemeten met behulp van een ampèremeter.

Auto -paramagnetische verf

Deze autoververf zorgt ervoor dat de auto van kleur verandert door alleen op een knop te drukken, dankzij een speciaal polymeer dat een paramagnetisch ijzeroxide bevat.

Het kan u van dienst zijn: Norton Stelling: Beschrijving, toepassingen, voorbeelden en oefeningen

Door een elektrische stroom toe te passen, zijn de paramagnetische deeltjes op een bepaalde manier uitgelijnd met het veld, wat de manier waarop het polymeer wordt geabsorbeerd en weerspiegelt, het licht weerspiegelt, waardoor veranderingen in kleur worden geproduceerd en produceert.

Om de kleur te veranderen, moet de auto natuurlijk zijn. Wanneer de motor is uitgeschakeld, is de basiskleur meestal wit.

Voorbeelden van paramagnetische materialen

De volgende materialen hebben paramagnetisch gedrag:

Zuurstof (gasvormig en vloeistof)

Vloeibare zuurstof houdt zich aan de magneetpalen. Bron: Jefferson Lab via YouTube.

Zuurstof is gasvormig bij kamertemperatuur en een van de belangrijkste componenten van de atmosfeer. Een eenvoudige ervaring in het laboratorium toont aan dat de vloeibare zuurstof die wordt gegoten tussen de polen van een magneet zich in deze ophoopt.

Cupric sulfaat

Deze verbinding heeft landbouwtoepassingen, zoals fungicide, om ongedierte te elimineren die van invloed zijn op gewassen en omwille van. Een magneet trekt gemakkelijk een monster van deze verbinding aan.

Aluminium

Aluminium is een licht, resistent en economisch metaal met veel toepassingen. Het maakt deel uit van voertuigen, vliegtuigen, huishoudelijke gebruiksvoorwerpen en wordt zeer gebruikt in de bouw. Een bal gemaakt van aluminiumfolie wordt ook aangetrokken tot een magneet.

Waterstof

Atomische waterstof is het eenvoudigste en meest voorkomende element in het universum en is paramagnetisch vanwege het netto magnetische moment van zijn enige elektron.

Austenitisch staal

Een van de meest gebruikte roestvrij staal is austenitisch roestvrij staal (dat austeniet, een ijzer- en koolstofverbinding bevat), met zwakke paramagnetische eigenschappen.

Referenties

1. Electromedicine Notes. Sensoren: paramagnetische zuurstofanalyse. Hersteld van: PARDELL.is.
2. Cenam. Magnetische gevoeligheidsmeting. Hersteld van: Cenam.mx.
3. Materiaalwetenschap Fundamentals cursus. Hersteld van: UPV.is.
4. Jefferson Lab. Vloeibare stikstof VS. Vloeibare zuurstof: magnetisme. Hersteld van: YouTube.com.
5. Magnetische eigenschappen van materialen. Hersteld van: e-ducatief.Kathedu.is.
6. Eisen, a. Wetenschap en techniek in de oudheid: elektronische spin paleodood. Hersteld van: um.is.
7. Tormetaal. Magnetisme en roestvrij staal. Hersteld van: Tormetal.com.
8. Smith, W. 1998. Materials Engineering Fundamentals. McGraw Hill.