Что такое парамагнитный металл
Парамагнетики
Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы 
.
Термин «Парамагнетизм» ввёл в 1845 году Майкл Фарадей, который разделил все вещества (кроме ферромагнитных) на диа- и парамагнитные.
Атомы (молекулы или ионы) парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле. В отсутствии внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно.
К парамагнетикам относятся алюминий (Al), платина (Pt), многие другие металлы (щелочные и щелочно-земельные металлы, а также сплавы этих металлов), кислород (О2), оксид азота (NO), оксид марганца (MnO), хлорное железо (FeCl3) и др.
Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнитные вещества при температурах, превышающих, соответственно, температуру Кюри или Нееля (температуру фазового перехода в парамагнитное состояние).
Литература
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Парамагнетики» в других словарях:
Парамагнетики — мн. Слабомагнитные тела, к которым относятся некоторые газы и металлы. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
ПАРАМАГНЕТИКИ — в ва, намагничивающиеся во внеш. магн. поле по направлению поля. Это св во в в наз. пара магнетизмом. В неоднородном магн. поле П. втягиваются в область сильного магн. поля. Их магн. восприимчивость c всегда положительна. Парамагнетизм характерен … Химическая энциклопедия
парамагнетики — ів, мн. (одн. парамагне/тик, а, ч.), фіз. Слабомагнітні тіла, для яких властивий парамагнетизм … Український тлумачний словник
Парамагнетизм — Парамагнетики вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы μ>1. Термин… … Википедия
Парамагнетик — Парамагнетики вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы μ>1. Термин… … Википедия
МАГНИТЫ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА — Простейшие проявления магнетизма известны очень давно и знакомы большинству из нас. Однако объяснить эти, казалось бы, простые явления на основе фундаментальных принципов физики удалось лишь сравнительно недавно. Существуют магниты двух разных… … Энциклопедия Кольера
Антиферромагнетизм — (от Анти. и Ферромагнетизм) одно из магнитных состояний вещества, отличающееся тем, что элементарные (атомные) магнитики соседних частиц вещества ориентированы навстречу друг другу (антипараллельно), и поэтому намагниченность тела в… … Большая советская энциклопедия
Магнитная восприимчивость — физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе. Объёмная М. в. равна отношению намагниченности единицы объёма вещества J к напряжённости Н… … Большая советская энциклопедия
ТВЁРДОЕ ТЕЛО — агрегатное состояние в ва, характеризующееся стабильностью формы и хар ром теплового движения атомов, к рые совершают малые колебания вокруг положений равновесия. Различают крист. и аморфные Т. т. Кристаллы характеризуются пространств.… … Физическая энциклопедия
МИНЕРАЛ — (от позднелат. minera руда), прир. твердое тело с характерными хим. составом, кристаллич. структурой и св вами. Образуется в результате физ. и хим. процессов (экзогенных, эндогенных и метаморфических; см. Полезные ископаемые )в глубинах и на пов… … Химическая энциклопедия
Парамагнетики
Из Википедии — свободной энциклопедии
Термин «парамагнетизм» ввёл в 1848 году Майкл Фарадей, который разделил все вещества на ферромагнитные, диамагнитные, парамагнитные, сперомагнитные (асперомагнетики) и ферримагнитные (миктомагнетики).
Молекулы парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле. В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно.
К парамагнетикам относятся алюминий ( Al <\displaystyle <\ce 
), платина ( Pt <\displaystyle <\ce ), многие другие металлы (щелочные и щелочно-земельные металлы, а также сплавы этих металлов), кислород ( O 2 <\displaystyle <\ce ), оксид азота ( NO <\displaystyle <\ce ), оксид марганца ( MnO <\displaystyle <\ce ), хлорное железо ( FeCl 3 <\displaystyle <\ce ) и другие.
Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнитные вещества при температурах, превышающих, соответственно, температуру Кюри или Нееля (температуру фазового перехода в парамагнитное состояние).
Определение парамагнетиков: характеристики, примеры
Что такое парамагнетики
Парамагнетиками называют вещества, способные намагничиваться под действием внешнего магнитного поля в его направлении и обладающие положительной магнитной восприимчивостью, которая значительно меньше единицы.
Определение «Парамагнетизм» было введено в 1848 году Майклом Фарадеем. Ученый выполнил разделение всех веществ на несколько классов, включая парамагнетики.
Парамагнетики относят к слабомагнитным веществам. Они характеризуются собственными магнитными моментами. Если на парамагнетик действует внешнее магнитное поле, магнитные моменты ориентируются по его направлению и создают результирующее поле, превосходящее внешнее. Таким образом, вещества входят в магнитное поле. В случае, когда внешнее магнитное поле отсутствует, и парамагнетик не намагничен, благодаря тепловому движению наблюдается произвольная ориентация собственных магнитных моментов атомов вещества.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Основные свойства
Выделение парамагнетиков в отдельную категорию произошло благодаря их особенным физико-химическим характеристикам. Основными свойствами веществ являются:
Отличие от ферромагнетиков, диамагнетиков
Все парамагнетики обладают собственными магнитными моментами. Данное свойство отличает их от диамагнетиков. Под воздействием высоких температур магнитные моменты начинают вращательные движения в произвольных направлениях. Если парамагнетик окружает среда с низкой температурой, магнитные моменты атомов останавливаются, что служит причиной образования структуры этих моментов в кристалле. Наиболее простым вариантом такого положения является ситуация, когда моменты выстраиваются параллельно, относительно друг друга, и ориентированы в одном направлении. Это является примером ферромагнитной структуры.
Если парамагнетик определенного типа способен под воздействием низкой температуры создавать магнитные структуры, то такое вещество называется ферромагнетиком. Поэтому ферромагнетики можно определить, как те же парамагнетики, но с моментами атомов, направленных в одну сторону.
Виды парамагнетиков
Парамагнетики широко распространены. Вещества, обладающие соответствующими свойствами, могут несколько отличаться по характеру поведения в магнитном поле. Выделяют следующие виды парамагнетиков:
Парамагнитные металлы отличаются от других парамагнетических веществ отсутствием взаимосвязи между магнитной восприимчивостью моментов атома и температурным режимом. Такие вещества относятся к слабомагнитным.
Изменение парамагнетиков во внешнем магнитном поле
Наличие парамагнитного резонанса характерно для парамагнетических веществ. Опытным путем можно наблюдать при помещении парамагнетика во внешнее магнитное поле создание дополнительного магнитного поля, вектор индукции в котором перпендикулярен вектору постоянного поля. Если дополнительное поле взаимодействует с магнитным моментом атома вещества, это приводит к образованию момента сил. Парамагнитный резонанс определяется силой магнитного поля. Если оно слабое, то напряженность поля будет пропорциональна намагниченности парамагнетических веществ.
Примеры веществ парамагнетиков
Ферромагнитные и антиферромагнитные вещества могут преобразоваться в парамагнетические материалы. При этом температура должна быть больше, чем температура Кюри или Нееля, при которой наблюдается фазовый переход в парамагнитное состояние. Примеры парамагнетиков:
Где применяются в повседневной жизни
Парамагнетики представляют собой постоянные магниты. Вещества такого типа характеризуются широкими сферами применения в технике и быту. Магниты нередко используются для изготовления разнообразных электрических приборов и оборудования.
Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики
Все вещества в зависимости от выраженности магнитных свойств делятся на сильномагнитные и слабомагнитные. Магнетики можно разделить по видам механизма, вызывающего намагничивание.
Что такое диамагнетики
Диамагнетики являются слабомагнитными веществами: они не магнитятся, если на них не действует магнитное поле.
Если парамагнетики внести во внешнее магнитное поле, то в их атомах начинается движение электронов, порождающее ориентированный круговой ток.
Круговой ток, в свою очередь, порождает магнитную индукцию, дополнительную по отношению к внешним полям. Вектор этой индукции направлен против внешнего поля. Силу воздействия внешнего поля можно найти так:
Диамагнетики бывают следующих видов:
Ниже представлена схема, которая наглядно показывает данную зависимость в случае с классическими диамагнетиками (в слабом магнитном поле):
Что такое парамагнетики
Если направления векторов B → и p m → совпадут, то величина энергии будет минимальной.
Если мы внесем парамагнетик во внешнее магнитное поле, то магнитные моменты получат преимущественную ориентацию в направлении поля, соответствующую распределению Больцмана.
Иными словами, вещество намагничивается: дополнительное поле усиливается за счет совпадения с внешним. При этом угол между векторами остается неизменным.
Смена ориентации магнитных моментов по распределению Больцмана связана со столкновениями и взаимодействием атомов между собой. В отличие от диамагнетиков, магнитная восприимчивость парамагнетиков меняется в зависимости от температуры в соответствии с законом Кюри или законом Кюри-Вейсса.
При совпадении частоты прецессии с частотой переменного магнитного поля момент сил, создаваемый этим полем, будет либо постоянно увеличивать указанный угол, либо постоянно уменьшать. Это называется явлением парамагнитного резонанса.
Если магнитное поле слабое, то намагниченность в парамагнетиках будет пропорциональна напряженности поля и может быть выражена следующей формулой:
Что такое ферромагнетики
В отличие от двух перечисленных выше магнетиков, ферромагнетики являются сильномагнитными веществами.
Ферромагнетики – это вещества с высокой магнитной проницаемостью, зависящей от внешнего магнитного поля.
Данные вещества могут иметь так называемую остаточную намагниченность. Выразить зависимость восприимчивости ферромагнетиков от напряженности внешнего магнитного поля можно с помощью функции. Она представлена на схеме ниже:
Намагниченность ферромагнетика имеет пределы насыщения. Это указывает нам на природу возникновения намагниченности в таких веществах: она образуется путем смены ориентации магнитных моментов вещества. Для ферромагнетиков также характерно такое явление, как гистерезис.
В магнитном отношении все ферромагнетики делят на мягкие и жесткие. Первые из них имеют высокую магнитную проницаемость и способны легко намагничиваться и размагничиваться. Они имеют широкое применение в электротехнических приборах, основанных на работе переменных полей (например, трансформаторов). Жесткие ферромагнетики имеют сравнительно небольшую проницаемость и намагничиваются трудно. Их используют при производстве постоянных магнитов.
Условие: на схеме выше (рис. 3 ) показана кривая намагниченности ферромагнетика. Постройте кривую, выражающую зависимость B ( H ) и определите, возможно ли насыщение для магнитной индукции. Поясните свой вывод.
Мы знаем отношение вектора магнитной индукции к вектору намагниченности.
Из этого можно сделать вывод, что насыщения кривая B ( H ) иметь не может. Создадим график зависимости напряженности внешнего поля от индукции магнитного поля в соответствии с рисунком выше. Мы получили схему, называемую кривой намагничивания:
Ответ: кривая индукции не имеет насыщения.
Взяв высокие температуры и небольшие поля, получим следующее:
Возьмем нужную формулу и подставим в нее полученное значение:
В итоге формула намагниченности будет выглядеть так:
Поскольку модуль намагниченности связан с модулем вектора ( J = χ H ), мы можем записать результат:
Что такое парамагнитный металл
Все атомы так или иначе реагируют на магнитные поля, но реагируют по-разному в зависимости от конфигурации атомов, окружающих ядро. В зависимости от этой конфигурации элемент может быть диамагнитным, парамагнитным или ферромагнитным. Диамагнитные элементы, которые в некоторой степени фактически являются всеми ими, слабо отталкиваются магнитным полем, тогда как парамагнитные элементы слабо притягиваются и могут намагничиваться. Ферромагнитные материалы также обладают способностью намагничиваться, но в отличие от парамагнитных элементов, намагниченность является постоянной. И парамагнетизм, и ферромагнетизм сильнее, чем диамагнетизм, поэтому элементы, которые проявляют либо парамагнетизм, либо ферромагнетизм, больше не являются диамагнитами.
Только несколько элементов являются ферромагнитными при комнатной температуре. Они включают железо (Fe), никель (Ni), кобальт (Co), гадолиний (Gd) и, как недавно обнаружили ученые, рутений (Ru). Вы можете сделать постоянный магнит с любым из этих металлов, подвергая его воздействию магнитного поля. Список парамагнитных атомов намного длиннее. Парамагнитный элемент становится магнитным в присутствии магнитного поля, но он теряет свои магнитные свойства, как только вы удаляете поле. Причиной такого поведения является наличие одного или нескольких неспаренных электронов во внешней орбитальной оболочке.
Парамагнитные и диамагнитные элементы
Одним из наиболее важных открытий в науке за последние 200 лет является взаимосвязь электричества и магнетизма. Поскольку у каждого атома есть облако отрицательно заряженных электронов, у него есть потенциал для магнитных свойств, но от того, будет ли он отображать ферромагнетизм, парамагнетизм или диамагнетизм, зависит их конфигурация. Чтобы оценить это, необходимо понять, как электроны решают, какие орбиты занять вокруг ядра.
У электронов есть качество, называемое вращением, которое вы можете визуализировать как направление вращения, хотя оно более сложное, чем это. Электроны могут иметь «раскрутку» (которую вы можете визуализировать как вращение по часовой стрелке) или «раскрутку» (против часовой стрелки). Они располагаются на растущих, строго определенных расстояниях от ядра, называемого оболочками, и внутри каждой оболочки находятся подоболочки с дискретным числом орбиталей, которые могут быть заняты максимум двумя электронами, каждый из которых имеет противоположный спин. Два электрона, занимающие орбиталь, называются парными. Их вращения отменяются, и они не создают чистого магнитного момента. С другой стороны, один электрон, занимающий орбиталь, является неспаренным, и это приводит к суммарному магнитному моменту.
Электроны заполняют оболочки вокруг ядра таким образом, чтобы минимизировать чистую энергию. Ученые обнаружили три правила, которым они следуют при этом, известные как принцип Ауфбрау, правило Хунда и принцип исключения Паули. Применяя эти правила, химики могут определить, сколько электронов занимает каждая из оболочек, окружающих ядро.
Чтобы определить, является ли элемент диамагнитным или парамагнитным, необходимо только посмотреть на валентные электроны, которые занимают самую внешнюю подоболочку. Если внешняя подоболочка содержит орбитали с неспаренными электронами, элемент является парамагнитным. В противном случае это диамагнит. Ученые идентифицируют подоболочки как s, p, d и f. При написании конфигурации электронов принято, что валентные электроны должны предшествовать благородному газу, который предшествует рассматриваемому элементу в периодической таблице. Благородные газы имеют полностью заполненные электронные орбитали, поэтому они инертны.
Например, электронная конфигурация для магния (Mg) составляет [Ne] 3s2. Внешняя подоболочка содержит два электрона, но они непарные, поэтому магний является парамагнитным. С другой стороны, электронная конфигурация цинка (Zn) имеет вид [Ar] 4s23d10. В его внешней оболочке нет неспаренных электронов, поэтому цинк является диамагнитным.
Список парамагнитных атомов
Вы можете рассчитать магнитные свойства каждого элемента, записав их электронные конфигурации, но, к счастью, вам это не нужно. Химики уже создали таблицу парамагнитных элементов. Они заключаются в следующем:
Литий (Li)
Кислород (O)
Натрий (Na)
Магний (Mg)
Алюминий (Al)
Калий (К)
Кальций (Ca)
Скандий (Sc)
Титан (Ti)
Ванадий (V)
Марганец (Mn)
Рубидий (Rb)
Стронций (Sr)
Иттрий (Y)
Цирконий (Zr)
Ниобий (Nb)
Молибден (Мб)
Технеций (Tc)
Рутений (Ru) (недавно обнаружен ферромагнитный)
Родий (Rh)
Палладий (Pd)
Цезий (Cs)
Барий (Ба)
Лантан (Ла)
Церий (Ce)
Празеодим (Pr)
Неодим (Nd)
Самарий (см)
Европий (ЕС)
Тербий (Tb)
Диспрозий (Dy)
Гольмий (Хо)
Эрбий (Er)
Тулия (тм)
Иттербий (Yb)
Лютеция (Лу)
Гафний (Hf)
Тантал (Та)
Вольфрам (W)
Рений (Ре)
Осмий (Os)
Иридий (Ir)
Платина (Pt)
Торий (Th)
Протактиний (Па)
Уран (U)
Плутоний (Пу)
Америций (A)
Парамагнитные Соединения
Когда атомы объединяются, образуя соединения, некоторые из этих соединений могут также проявлять парамагнетизм по той же причине, что и элементы. Если на орбиталях соединения существует один или несколько неспаренных электронов, соединение будет парамагнитным. Примеры включают молекулярный кислород (O2), оксид железа (FeO) и оксид азота (NO). В случае с кислородом этот парамагнетизм можно отобразить с помощью сильного электромагнита. Если вы наливаете жидкий кислород между полюсами такого магнита, кислород будет накапливаться вокруг полюсов, поскольку он испаряется, создавая облако газообразного кислорода. Попробуйте тот же эксперимент с жидким азотом (N2), который не является парамагнитным, и такое облако не образуется.
Если вы хотите составить список парамагнитных соединений, вам придется изучить электронные конфигурации. Поскольку именно неспаренные электроны во внешних валентных оболочках придают парамагнитные качества, соединения с такими электронами могли бы составить список. Хотя это не всегда так. В случае молекулы кислорода существует четное число валентных электронов, но каждый из них занимает более низкое энергетическое состояние, чтобы минимизировать общее энергетическое состояние молекулы. Вместо пары электронов на более высокой орбитали, есть два неспаренных электрона на более низких орбиталях, что делает молекулу парамагнитной.