Paramagnetizmus

Vysvetľujeme, čo je paramagnetizmus, jeho charakteristiky, aplikácie a uvádzame niekoľko príkladov

Trvalé magnetické momenty sú náhodne orientované, ale sú zarovnané s aplikovaným magnetickým poľom. Zdroj: Wikimedia Commons/F. Zapata.

Čo je paramagnetizmus?

On paramagnetizmus Je to príťažlivosť, ktorú niektoré materiály zažívajú v prítomnosti vonkajšieho magnetického poľa. Paramagnetické látky sú slabo priťahované do regiónov, v ktorých je toto pole intenzívnejšie.

Pôvod paramagnetizmu je pohyb elektrónov v atóme, pretože akýkoľvek pohyblivý elektrický náboj sa správa ako malá prúdová spira, ktorá vytvára svoje vlastné magnetické pole.

Magnetizmus elektrónu a atómu je charakterizovaný vektorovou veľkosťou nazývanou Magnetický moment. Atómy paramagnetických materiálov majú čisté magnetické momenty, pretože majú chýbajúce elektróny, to znamená osamelý elektrón v orbitáli a ktorých čistý magnetický moment nie je zrušený iným.

To sa deje v hliníku, paramagnetickej látke, ktorej orbitál 3p obsahuje jeden elektrón, ktorý dáva atómu jeho čistý magnetický moment. Na druhej strane železo, ktorého magnetická odozva je ešte intenzívnejšia, má na svojej poslednej úrovni 4 chýbajúce elektróny.

Pred použitím vonkajšieho poľa sú magnetické momenty materiálu náhodne orientované, a teda jeho magnetizácia, čo je čistý magnetický moment na jednotku objemu, je neplatný. Ale akonáhle sa aplikuje vonkajšie pole, magnetické momenty majú tendenciu byť orientované rovnakým smerom poľa, hoci je proti tepelnému agitácii atómov, čo bráni úplnému zarovnaniu.

Keď je materiál odstránený z vonkajšieho poľa alebo zmizne, magnetické momenty paramagnetickej látky sa vrátia do počiatočného stavu poruchy. Ale keď zostávajú zarovnané, látka sa správa ako slabý magnet.

Charakteristiky paramagnetizmu

Paramagnetické materiály sa vyznačujú prezentáciou:

1.- Viac vonkajšej elektronickej vrstvy čiastočne plná.

2.- Trvalé čisté magnetické momenty kvôli prítomnosti chýbajúcich elektrónov, ktorých magnetický moment nie je zrušený s momentom iného elektrónu.

Môže vám slúžiť: 13 príkladov Newtonovho druhého zákona v každodennom živote

3.- Magnetické momenty orientované náhodne v neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa.

4.- Net magnetizácia v prítomnosti vonkajšieho poľa, ktoré zmizne, len čo je pole potlačené. Stáva sa, že zarovnanie s vonkajším poľom uprednostňuje minimálny energetický stav elektrónov.

5.- Pozitívna a malá magnetická citlivosť: medzi 10⁻⁶ a 10⁻². Magnetická náchylnosť je bezrozmerným indikátorom ľahkej látky, ktorá sa magnetizuje v prítomnosti vonkajšieho poľa.

6.- Zníženie magnetizácie s teplotou. Paramagnetické materiály skutočne poslúchajú Curieho zákon:

Kde χ je magnetická citlivosť, t je teplota v Kelvin a C je konštanta materiálu.

Paramagnetizmus

Elektronická paramagnetická rezonancia

Táto technika detekuje paramagnetické druhy pri aplikácii vonkajšieho magnetického poľa na molekuly paramagnetickej tuhej látky, týmto spôsobom sa indukujú určité zmeny v spinových stavoch, ktoré sa nazývajú prechody.

Následne aplikovanie elektromagnetickej energie v mikrovlnnom rozsahu je možné vytvoriť konkrétne absorpčné spektrum nazývané Elektronická resonancia.

Toto spektrum umožňuje študovať molekuly organického pôvodu, ako sú voľné radikály z interakcie medzi organickými látkami a ionizujúcim žiarením, okrem iného ponúkajú cenné informácie o poškodení spôsobenom takýmto žiarením v biologických tkanivách.

Anorganické vzorky sa môžu analyzovať aj prostredníctvom prechodných kovových iónov.

Magnetické chladenie

Veľmi zaujímavá aplikácia určitých paramagnetických solí, ako je dusičnan horečnatý, síran železa-amonium, a síran železo-draslík, je v oblasti nízkych teplôt.

Pri aplikácii premenlivého vonkajšieho magnetického poľa sa teplota týchto solí môže meniť, jav známy ako Magnetocalický účinok, Pozorované prvýkrát na konci 19. storočia v kovovom železniu. Týmto spôsobom je možné dosiahnuť teploty poradia 0.01 K.

Datovanie vzorky

V tejto aplikácii sa zásady elektronickej paramagnetickej rezonancie používajú na štúdium materiálov vystavených ionizujúcemu žiareniu. Keď objekt prijíma ionizujúce žiarenie, ktoré môže pochádzať z rádioaktívnych minerálov zemskej kôry, je tu stopa, pozostávajúca z elektrických nábojov zachytených v defektoch kryštalickej štruktúry materiálu.

Môže vám slúžiť: priemerná rýchlosť

Táto stopa sa volá paramagnetický centrum A je to detekovateľné pomocou elektronickej paramagnetickej rezonancie.

Je možné ponúknuť zoznamka s vedomím, že hodnota elektrických nábojov v paramagnetických centrách závisí, v čase, keď bola vzorka vystavená rádioaktivite a dávke (energia na jednotku prijatej hmotnosti).

Týmto spôsobom môžu byť staršie vzorky datované ako metóda rádioaktívneho uhlíka, napríklad kostrové zuby kvartérnej éry, ktoré obsahujú minerály citlivé na žiarenie.

Paramagnetické kyslíkové senzory

Používajú sa na detekciu množstva kyslíka vo vzorke, pretože kyslík je paramagnetický, to znamená, že je priťahovaný magnetickým poľom magnetu.

Senzor pozostáva z magnetu, ktorý pôsobí ako zdroj magnetického poľa, dve gule plné dusíka (neparamagnetický materiál) umiestnený na rotujúcej podpere medzi pólmi magnetu a zrkadlom uprostred podpory.

Na zrkadlo je ovplyvnený lúč svetla, ktoré sa odráža smerom k fotoelektrickým bunkám. Akonáhle je kyslík priťahovaný k pólom magnetu, existuje krútiaci moment, ktorý otáča gule dusík.

Vďaka zrkadlu je tento pohyb detegovaný fotoelektrickými bunkami, ktoré okamžite vyžarujú signál smerom k systému, ktorý generuje elektrický prúd potrebný na pôsobenie proti odbočke. Tento prúd je úmerný množstvu prítomného kyslíka a ľahko sa meria pomocou ampéru.

Automobilová paramagnetická farba

Táto farba automobilu spôsobuje, že auto zmení farbu iba stlačením tlačidla, vďaka špeciálnemu polyméru, ktorý obsahuje paramagnetický oxid železa.

Môže vám slúžiť: Nortonova veta: popis, aplikácie, príklady a cvičenia

Pri použití elektrického prúdu sú paramagnetické častice zarovnané s poľom určitým spôsobom, čo ovplyvňuje spôsob, akým polymér absorbuje a odráža svetlo, čím vytvára zmeny vo farbe.

Samozrejme, aby farba zmenila auto. Keď je motor vypnutý, jeho základná farba je zvyčajne biela.

Príklady paramagnetických materiálov

Nasledujúce materiály majú paramagnetické správanie:

Kyslík (plynný a kvapalný)

Kvapalný kyslík priľne k pólom magnetu. Zdroj: Jefferson Lab cez YouTube.

Kyslík je plynný pri izbovej teplote a jednou z hlavných zložiek atmosféry. Jednoduchý zážitok v laboratóriu ukazuje, že kvapalný kyslík, ktorý sa nalieva medzi póly magnetu, sa v nich hromadí.

Sulfát

Táto zlúčenina má poľnohospodárske aplikácie, ako napríklad fungicíd, na odstránenie škodcov, ktorí ovplyvňujú plodiny a ako v poriadku. Magnet ľahko priťahuje vzorku tejto zlúčeniny.

Hliník

Hliník je ľahký, odolný a ekonomický kov s mnohými aplikáciami. Je súčasťou vozidiel, lietadiel, domácich náter a veľmi sa používa pri výstavbe. Lopta vyrobená z hliníkovej fólie je tiež priťahovaná k magnetu.

Vodík

Atómový vodík je najjednoduchší a najhojnejší prvok vo vesmíre a je paramagnetický kvôli čistému magnetickému momentu jediného elektrónu.

Austenitická oceľ

Jednou z najpoužívanejších nehrdzavejúcich ocelí je austenitická nehrdzavejúca oceľ (ktorá obsahuje austenit, železo a uhlíkovú zlúčeninu), so slabými paramagnetickými vlastnosťami.

Odkazy

1. Elektromedicína. Senzory: paramagnetická analýza kyslíka. Získané z: Pardell.je.
2. Cenam. Meranie magnetickej citlivosti. Získané z: Cenam.mx.
3. Kurz základných materiálov. Získané z: UPV.je.
4. Laboratórium Jefferson. Tekutý dusík Vs. Kvapalný kyslík: magnetizmus. Obnovené z: YouTube.com.
5. Magnetické vlastnosti materiálov. Získané z: e-duplikácie.Cathedu.je.
6. Requena, a. Veda a technika v staroveku: Elektronické spinové paleodood. Získané z: hm.je.
7. Tulák. Magnetizmus a nehrdzavejúca oceľ. Získané z: Tormetal.com.
8. Smith, w. 1998. Základy materiálového inžinierstva. McGraw Hill.