Substanțe diamagnetice [610951]

Substanțe diamagnetice

Substanț ele diamagnetice se caracterizeaz ă prin urm ătoarele:

• au pături electronice complet ocupate cu electroni, motiv pentru care μat = 0,
în absența câmpului magnetic valoarea magnetiz ării este zero;
• în prezenț a unui câmp magnetic extern se magnetizeaz ă în sens contrar
câmpului aplicat,
• susceptivitatea diamagnetic ă este negativ ă (χdia < 0), foarte mic ă (χdia ≈ 10-5 ÷
10-6), independent ă de câmp și independentă de temperatur ă,
• permeabilitatea magnetic ă relativă este μr < 1;
• sunt uș or respinse de câmpul magnetic, F < 0.

M
Tχ
χH
(b) (c) μat = 0
(a)

Caracteristicile substan țelor diamagnetice: (a) absen ța momentelor magnetice atomice, (b) dependenț a
magnetizării de câmpul magnetic aplicat, (c) – dependen ța de temperatur ă a susceptivit ății magnetice.

precesia Larmor :

eLmeB
2=ω

elementele chimice diamagnetice : Cu, Pb, Ag, Au, B, Cd, Ge, Hg, Ga, S, C (atât sub
formă de grafit, cât și sub form ă de diamant), etc.,

substanțele diamagnetice : apa, clorura de sodiu, cuar țul, plexiglasul, teflonul, alama,
bronzul, etc

Substanțe paramagnetice

Substanțele paramagnetice se caracterizeaz ă în general prin urm ătoarele:

• au pă turi electronice par țial ocupate cu electroni, motiv pentru care μat ≠ 0,
dar nu exist ă interacțiune între momentele magnetice atomice,
• în absența câmpului magnetic valoarea magnetiz ării este zero, toate orient ările
momentelor magnetice atomice permise de teoria cuantic ă fiind posibile, în
prezența unui câmp magnetic extern se magnetizeaz ă în sensul câmpului
aplicat,
• susceptivitatea paramagnetic ă este pozitivă (χpara > 0), mai mare în valoare
absolută decât cea diamgnetic ă (χpara ≈ 10-3÷10-5), și este dependent ă de T-1,
• permeabilitatea magnetic ă relativă este μr > 1;
• sunt ușor atrase de câmpul magnetic, F > 0.

T1/χ M
χ
H
(a) (b) (c) M = 0, dac ă H = 0μat

Caracteristicile substan țelor paramagnetice: (a) ioni paramagnetici la H=0, (b) dependen ța magnetiz ării
de câmpul magnetic, (c) dependen ța de temperatur ă a susceptivității magnetice.

legea lui Curie :

TC=χ

Parametrul C reprezint ă constanta Curie și este legat ă de momentul magnetic efectiv al
ionilor paramagnetici prin rela ția:

2 0 2 2 0
3) 1 (3ef
BB
B kNJ J gkNC μμμμ= + =
unde N este num ărul de atomi pe unitatea de volum, μ0 este permeabilitatea magnetic ă a
vidului, iar kB este constanta lui Boltzmann. Expresia B ()1+ = J J gB efμ μ se nume ște
moment magnetic efectiv , fiind una din m ărimile ce caracterizeaz ă ionii paramagnetici.

elemente chimice paramagnetice: Al, Ca, La, Mg, Mo, Na, Nb, Pd, Pt, Ta, Th, Ti, V, W,
Zr, etc,
substanțe paramagnetice: clorura de cupru, sulfatul de nichel, oxigenul lichid, etc.

Substanțe cu ordonare magnetică

interacțiune de schimb .- interacțiunea care impune ordonarea magnetică a momentelor
magnetice atomice –

atomii i și j, având spinii Si și respectiv Sj,
Hamiltonianul Heisenberg

j iS S⋅−=ijJ H2
unde Jij se nume ște integrala de schimb și depinde de suprapunerea distribu țiilor de
sarcină ale atomilor i și j.

a) substanț e feromagnetice , Jij > 0, ordonare paralel ă a momentelor magnetice
atomice;
b) substanț e antiferomagnetice , Jij < 0, ordonare antiparalel ă a momentelor
magnetice atomice;
c) substanț e ferimagnetice , Jij < 0, ordonare antiparalel ă a momentelor
magnetice atomice, dar f ără compensarea total ă a momentelor
magnetice orientate antiparalel.

Substante feromagnetice

MT2
T3T1<T2<TC<T3
HT1
1/χ
TCθp TM0M
M ≠ 0, H = 0

(a) (b) (c)

Caracteristicile substan țelor feromagnetice: (a) momente magnetice la T = 0 K, (b) dependen ța
magnetizării de câmpul magnetic pentru diferite temperaturi în domeniul feromagnetic (T 1 și T 2 ) și
paramagnetic (T 3), (c) dependen ța de temperatur ă a magnetiz ării spontane la T < Tc și a susceptibilit ății
magnetice la T > Tc.

9 elemente feromagnetice.
metale de tranzitie: Fe, Co și Ni –
pământuri rare: elemente 4f grele: Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm.
aliajele si compusii acestORA (mare parte).

Substanțe antiferomagnetice

T1
T2TN
HMT1<TN<T2 1/χ
TN θ T
(a) (b) (c )0M = 0, H = 0

Caracteristicile substan țelor antiferomagnetice: (a) mo mentele magnetice atomice la T = 0 K, (b)
dependen ța magnetiz ării de câmpulul magnetic și de temperatur ă, (c) dependenț a de temperatur ă a
susceptibilit ății magnetice.

pentru T > TN,
ordinea antiferomagnetic ă dispare
susceptivitatea magnetic ă urmează o lege asem ănătoare celei din substantele
feromagnetice

θχ+=TC

unde θ este temperatura Curie asimptotică .

metalele pure antiferomagnetice: , metalele de tranzi ție 3d Cr, Mn α
metalele p ământuri rare Nd, Ce, Pr, Eu și Sm
sunstante antiferomagnetice: o țelurile inoxidabile austenitice, numero și compu și ai
elementelor de tranzi ție, cum ar fi: MnO, FeO, V 2O3, CrS, MnS, MnF 2, FeCl 2, CuCl, etc.

Substanțe ferimagnetice

T1
T2
T3
HM
T1<T2<TC<T31/χ
Tc θp T
(a) (b) (c )0M ≠ 0, H = 0

Caracteristicile substan țelor ferimagnetice: (a) momentele magnetice la T = 0 K, (b) dependen ța
magnetizării de câmpul magnetic, (c) dependen ța de temperatur ă a susceptivit ății magnetice.

inversul susceptivitatii – lege hiperbolică de tip Néel
Temperatura θp, – temperatur ă Curie asimptotic ă.

În general substan țele ferimagnetice sunt cristale din gr upul oxizilor metalici cu structura
rețelei cristaline de tip spinelic (feritele moi) cu formula chimic ă generală MO⋅Fe2O3,
unde M este un cation metalic bivalent (metal de tranzi ție sau metal normal), cum ar fi:
Cu2+, Zn2+, Mn2+, Ni2+, Co2+, Fe2+, etc.
Feritele dure au o structur ă cristalină hexagonal ă cu formula chimic ă AFe 12O19, unde A
poate fi Ba Sr sau Pb. De asemenea, sunt ferimagnetice și aliajele metalelor de tranzi ție
3d cu pământuri rare grele, de la Gd la Tm.