парамагнетики

ПАРАМАГНЕТИКИ

вещества, намагничивающиеся во внеш. магн. поле по направлению поля. Это свойство веществ наз. пара-магнетизмом. В неоднородном магн. поле П. втягиваются в область сильного магн. поля. Их магн. восприимчивость c всегда положительна.

Парамагнетизм характерен для веществ, атомы, ионы или молекулы которых обладают собств. магн. моментами, но в отсутствие внеш. поля эти моменты ориентированы хаотично и в целом намагниченность вещества 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 П. 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 вещества (атомов, ионов) приводит к след. формуле для c П. (закон Кюри):

где m-величина магн. момента атома, N — число парамагнитных атомов в 1 моле вещества, bk_B-постоянная Больцмана, Т — абс. температура. При наличии некоторого взаимод. между магн. моментами и их взаимод. с внутрикристаллич. полем c П. описывается формулой (закон Кюри — Вейса):

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

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

Спиновый парамагнетизм, или парамагнетизм Паули, свойственный металлам, обусловлен электронами проводимости. В случае полупроводников его величина ничтожно мала. Спиновый парамагнетизм металлов не зависит от температуры. Не зависит от температуры и парамегнетизм Ван Флека. Он присущ веществам, атомы или ионы которых 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 [уравнение (1), где m-величина ядерного магн. момента, N — концентрация атомных ядер]. Экспериментально ядерный парамагнетизм можно наблюдать в области сверхнизких температур и лишь у тех веществ, в которых отсутствуют электроны проводимости, а электронные оболочки атомов не имеют магн. моментов, напр. у ³He при температуре ниже 0,1 К.

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

Изучение парамагнетизма веществ дает возможность определять магн. моменты атомов, ионов, исследовать их зарядовые состояния, позволяет получать информацию о строении мол. комплексов, сложных молекул, о структуре твердых растворов парамагнитных ионов в диамагнитных матрицах, о кинетике хим. реакций 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 температур (ниже 1 К). Измерения c парамагнитных солей применяют для измерения низких температур.

^{Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., М., 1978. См. также лит. при ст. магнетохимия.}

_{Д. Г. Андрианов}