Парамагнетики

ПАРАМАГНЕТИКИ, в-ва, намагничивающиеся во внеш. магн. поле по направлению поля. Это св-во в-в наз. пара-магнетизмом. В неоднородном магн. поле парамагнетики втягиваются в область сильного магн. поля. Их магн. восприимчивость c всегда положительна.

Парамагнетизм характерен для в-в, атомы, ионы или молекулы к-рых обладают собств. магн. моментами, но в отсутствие внеш. поля эти моменты ориентированы хаотично и в целом намагниченность в-ва отсутствует. Магн. моменты м. б. обусловлены орбитальным движением электронов в оболочках атомов или молекул (орбитальный парамагнетизм), спиновыми моментами самих электронов (спиновый парамагнетизм), магн. моментами ядер атомов (ядерный парамагнетизм). В отличие от антиферромагнетиков, ферримагнетиков и ферромагнетиков парамагнетики в отсутствие внеш. магн. поля не обладают магн. структурой. Внеш. магн. поле приводит к упорядочению магн. моментов и, как следствие, к появлению намагниченности вдоль поля.

Конкуренция между упорядочивающим действием магн. поля и разупорядочивающим действием теплового движения частиц в-ва (атомов, ионов) приводит к след. ф-ле для c парамагнетиков (закон Кюри):

где m-величина магн. момента атома, N -число парамагнитных атомов в 1 моле в-ва, bk_B-постоянная Больцмана, Т-абс. т-ра. При наличии нек-рого взаимод. между магн. моментами и их взаимод. с внутрикристаллич. полем c парамагнетиков описывается ф-лой (закон Кюри-Вейса):

где q-константа Вейса, характеризующая влияние внутрикристаллич. поля. Для ферромагнетиков, становящихся выше точки Кюри парамагнетиками, q-положит, величина, для антиферромагнетиков, переходящих в парамагнитное состояние выше точки Нееля, q - в большинстве случаев отрицательна.

Ф-лы (1) и (2) справедливы в области слабых магн. полей, когда намагниченность в-ва I линейно возрастает с ростом напряженности магн. поля H (I = cH). С возрастанием H и понижением т-ры увеличивается степень упорядочения магн. моментов атомов, а зависимость I от магн. поля и т-ры имеет более сложный вид. Ф-лы (1) и (2) м. б. использованы для определения концентрации парамагнитных атомов по величине их магн. момента и характеру зависимости c парамагнетиков от т-ры.

Спиновый парамагнетизм, или парамагнетизм Паули, свойственный металлам, обусловлен электронами проводимости. В случае полупроводников его величина ничтожно мала. Спиновый парамагнетизм металлов не зависит от т-ры. Не зависит от т-ры и парамегнетизм Ван Флека. Он присущ в-вам, атомы или ионы к-рых в осн. энергетич. состоянии не обладают магн. моментом. В данном случае парамагнетизм обусловлен примесью возбужденных состояний с магн. моментом.

В случае ядерного парамагнетизма c подчиняется закону Кюри [ур-ние (1), где m-величина ядерного магн. момента, N - концентрация атомных ядер]. Экспериментально ядерный парамагнетизм можно наблюдать в области сверхнизких т-р и лишь у тех B-B, в к-рых отсутствуют элект-роны проводимости, а электронные оболочки атомов не имеют магн. моментов, напр. у ³He при т-ре ниже 0,1 К.

К парамагнетикам относят нек-рые газы (напр., O₂, NO), щелочные и щел.-зем. металлы, нек-рые металлы переходных групп с незаполненными d- или f-электронными оболочками, сплавы этих металлов, хим. соед. переходных металлов, их водные р-ры, твердые р-ры переходных элементов в диамагнитных матрицах, а также своб. радикалы, бирадикалы, молекулы в триплетных электронных состояниях. В парамагнитное состояние переходят антиферро-, ферри- и ферромагнетики при т-рах выше т-р соответствующих фазовых переходов.

Изучение парамагнетизма в-в дает возможность определять магн. моменты атомов, ионов, исследовать их зарядовые состояния, позволяет получать информацию о строении мол. комплексов, сложных молекул, о структуре твердых р-ров парамагнитных ионов в диамагнитных матрицах, о кинетике хим. р-ций с участием своб. радикалов и т. д. Аналогичная информация м. б. получена при помощи ЭПР (осн. метод) и ЯМР. Адиабатич. размагничивание парамагнитных солей (элементов групп Fe и РЗЭ) используют для получения сверхнизких т-р (ниже 1 К). Измерения c парамагнитных солей применяют для измерения низких т-р.

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, M., 1971; Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., M., 1978. См. также лит. при ст. Магнето-химия. Д. Г. Андрианов.