Магнетохімія. Магнітні властивості речовин

МАГНЕТОХІМІЯ. МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИН

Магнетохімія – розділ хімії, вивчаючий магнітні властивості речовин, а також їх зв’язок з будовою молекул. Становлення її як науки можна віднести до початку ХХ століття, коли були відкриті основні закони магнетизму.

Вимірювання магнітної сприйнятливості визначає наявність, або відсутність неспарених електронів в атомах, іонах або молекулах. Це в свою чергу дає відомості про степінь зайнятості орбіталей і, відповідно, про хімічний зв’язок і стереометрії. Наприклад:

1) використання теорії молекулярних орбіталей до молекул О₂ та S₂ показує, що в них є два електрони, які повинні займати дві вироджені розпушуючі молекулярні π-орбіталі. У відповідності з правилом Хунда, на кожній орбіталі повинно перебувати по одному електрону, в результаті чого у цих молекул буде по два неспарених електрони. Це було підтверджено експериментально шляхом встановлення парамагнітних властивостей цих газів;

2) деякі прості молекули, такі як NO, NO₂ , ClO₂ парамагнітні, так як мають непарне число електронів. Однак в конденсованому стані NO і NO₂ стають діалектними, що вказує на димеризацію молекул;

3) всі відомі солі фосфорнуватої кислоти (Н₂ РО₅ ) діамагнітні, а це свідчить про те, що молекула кислоти димарна (Н₄ Р₂ О₆ ) із структурою

Н – О Р – О – Р ∕ ^{О – Н}

Н – О∕ || || О – Н

О О

а не мономарна, так як в цьому випадку у молекулі кислоти (Н₂ РО₃ ) було б не парне число електронів.

Магнетизм – фундаментальна властивість матерії. При внесенні речовини в магнітне поле спостерігається взаємодія речовини з даним полем. Магнітне поле, взаємодіючи з речовиною, змінює свою величину у порівнянні з вакуумом. Степінь намагнічування речовини в магнітному полі вимірюється величиною магнітного момента на одиницю об’єму І, яка визначається рівнянням:

В = Н + 4πІ (гс) (1)

де В – загальна кількість магнітних силових ліній на одиницю поверх-

ні зразка, або загальний магнітний потік в зразку;

Н – напруга магнітного поля в ерстедах.

Поділивши рівняння (1) на Н, одержимо

Р = 1 + 4πх

де Р = – магнітна проникність зразка; х = – об’ємна сприйнятливість зразка.

У вакуумі В = Н, так що Р = 1, а х = 0.

В – магнітна індукція (Т₁ ) зв’язана з магнітною проникністю і напруженістю магнітного поля такою залежністю:

В = μ₀ · Р · Н

е μ₀ – магнітна постійна, μ₀ = 4π10^–7 Гн/м; Р – магнітна проникність; Н – напруженість магнітного поля (А/м).

Для більшості речовин Р дуже близьке до одиниці, тому в магнетохімії, де основним об’єктом є молекула, використовують величину (магнітну сприйнятливість), що визначається рівнянням:

= .

Можна віднести до одиниці об’єму, маси або кількості речовини, тоді вона відповідно називається об’ємною (безрозмірна), питомою (cм³ /г) або молярною (cм³ /моль) магнітною сприйнятливістю; вакууму рівна нулю. Речовини можна розділити на дві категорії: ті, що послабляють магнітне поле ( < 0), називаються діамагнетиками; ті, що підсилюють магнітне поле ( >0) – парамагнетики. Якщо в зовнішнє магнітне поле помістити діамагнітну речовину, то число силових ліній, які проходять через зразок, буде дещо менше від числа силових ліній у вакуумі і відповідно діамагнітні речовини будуть виштовхуватись з магнітного поля. У випадку парамагнітних речовин число силових ліній, які проходять через зразок, буде більшим, ніж число силових ліній у вакуумі, тому відповідно парамагнітні речовини будуть притягуватися магнітним полем .

Діамагнетики і головним чином парамагнетики є об’єктами вивчення магнітохімії

Діамагнетизм – найважливіша властивість матерії, обумовлена тим, що під дією магнітного поля електронні оболонки починають прецисувати, а, як відомо, будь-який рух електричного заряду викликає магнітне поле, яке за правилом Лінь буде направлене так, щоб зменшити дію з боку зовнішнього поля. Електронну прецесію при цьому можна розглядати як кругові струми. Діамагнетизм властивий всім речовинам, окрім атомарного водню, тому що у всіх речовинах є спарені електрони і заповнені електронні оболонки.

Парамагнетизм обумовлений неспареними електронами, які називаються так тому, що їх власний магнітний момент (спін) нічим не урівноважений (відповідно спіни спарених електронів направлені в протилежні сторони і компенсують один одного). В магнітному полі спіни прагнуть вишикуватися по напряму поля, підсилюючи його, хоча цей порядок і порушується хаотичним теповим рухом. Тому зрозуміло, що парамагнітна сприйнятливість заежить від температури – чим нижча температура, тим вище значення . В найпростішому випадку це виражається залежністю, яка називається законом Кюрі:

= (2)

де С – константа Кюрі, або законом Кюрі-Вейсса:

= (3)

де θ – поправка Вейсса.

Цей вид магнітної сприйнятливості ще називають орієнтаційним парамагнетизмом, оскільки його причина – орієнтація елементарних магнітних моментів в зовнішньому магнітному полі.

Магнітні властивості електронів в атомі можна описувати двома способами. В першому способі вважає

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать