Paramagnetismo
El paramagnetismo es una forma de magnetismo mediante el cual algunos materiales son atraídos débilmente por un campo magnético aplicado externamente y forman campos magnéticos internos inducidos en la dirección del campo magnético aplicado. En contraste con este comportamiento, los materiales diamagnéticos son repelidos por campos magnéticos y forman campos magnéticos inducidos en dirección opuesta a la del campo magnético aplicado. [1] Los materiales paramagnéticos incluyen la mayoría de los elementos químicos y algunos compuestos ; [2] tienen una permeabilidad magnética relativa ligeramente superior a 1 (es decir, una pequeñasusceptibilidad magnética ) y, por lo tanto, son atraídos por campos magnéticos. El momento magnético inducido por el campo aplicado es lineal en la intensidad del campo y bastante débil. Por lo general, requiere una balanza analítica sensible para detectar el efecto y las mediciones modernas en materiales paramagnéticos a menudo se realizan con un magnetómetro SQUID .
El paramagnetismo se debe a la presencia de electrones no apareados en el material, por lo que la mayoría de los átomos con orbitales atómicos incompletos son paramagnéticos, aunque existen excepciones como el cobre. Debido a su espín , los electrones no apareados tienen un momento dipolar magnético y actúan como pequeños imanes. Un campo magnético externo hace que los espines de los electrones se alineen en paralelo al campo, provocando una atracción neta. Los materiales paramagnéticos incluyen aluminio , oxígeno , titanio y óxido de hierro (FeO). Por lo tanto, una simple regla de orose utiliza en química para determinar si una partícula (átomo, ión o molécula) es paramagnética o diamagnética: [3] si todos los electrones de la partícula están emparejados, entonces la sustancia compuesta de esta partícula es diamagnética; si tiene electrones desapareados, entonces la sustancia es paramagnética.
A diferencia de los ferroimanes , los paraimanes no retienen ninguna magnetización en ausencia de un campo magnético aplicado externamente porque el movimiento térmico aleatoriza las orientaciones de giro. (Algunos materiales paramagnéticos retienen el desorden de espín incluso en el cero absoluto , lo que significa que son paramagnéticos en el estado fundamental, es decir, en ausencia de movimiento térmico.) Por tanto, la magnetización total cae a cero cuando se elimina el campo aplicado. Incluso en presencia del campo, solo hay una pequeña magnetización inducida porque el campo solo orientará una pequeña fracción de los espines. Esta fracción es proporcional a la intensidad del campo y esto explica la dependencia lineal. La atracción que experimentan los materiales ferromagnéticos es no lineal y mucho más fuerte, por lo que se observa fácilmente, por ejemplo, en la atracción entre un imán de frigorífico y el hierro del propio frigorífico.
Los átomos o moléculas constituyentes de materiales paramagnéticos tienen momentos magnéticos permanentes ( dipolos ), incluso en ausencia de un campo aplicado. El momento permanente generalmente se debe al giro de electrones no apareados en orbitales de electrones atómicos o moleculares (ver Momento magnético ). En puro paramagnetismo, los dipolosno interactúan entre sí y se orientan aleatoriamente en ausencia de un campo externo debido a la agitación térmica, lo que da como resultado un momento magnético neto cero. Cuando se aplica un campo magnético, los dipolos tenderán a alinearse con el campo aplicado, dando como resultado un momento magnético neto en la dirección del campo aplicado. En la descripción clásica, se puede entender que esta alineación se produce debido a que un campo aplicado proporciona un par en los momentos magnéticos, que intenta alinear los dipolos en paralelo al campo aplicado. Sin embargo, los verdaderos orígenes de la alineación solo pueden entenderse a través de las propiedades mecánicas cuánticas del espín y el momento angular .
