
【机】 molecular paramagnetism
element; member; molecule; numerator
【计】 molecusar
【化】 molecule
【医】 molecule
arrange; in sequence; in the same direction as; obey; put in order; suitable
magnetism
分子顺磁性(Molecular Paramagnetism)是指某些分子在外加磁场作用下,能够被微弱地吸引,且磁化强度与磁场强度成正比的一种磁性现象。其本质源于分子内部存在未成对电子(unpaired electrons),这些电子的自旋磁矩在无外磁场时取向随机,净磁矩为零;当施加外磁场时,电子自旋磁矩倾向于沿磁场方向排列,产生一个与磁场同向的净磁矩,使物质表现出顺磁性。
未成对电子
顺磁性的核心条件是分子中存在未成对电子(如自由基、过渡金属离子等)。例如,氧气(O₂)分子有两个未成对电子,是典型的顺磁性分子。
弱磁性且无剩磁
顺磁性物质的磁化率($chi$)较小(通常为 $10^{-6}$–$10^{-3}$),且去除外磁场后磁化立即消失,无剩磁现象。
温度依赖性
磁化率服从居里定律(Curie's Law):
$$ chi = frac{C}{T} $$
其中 $C$ 为居里常数,$T$ 为绝对温度,表明磁化率随温度升高而降低。
性质 | 顺磁性 | 铁磁性 | 抗磁性 |
---|---|---|---|
未成对电子 | 存在 | 存在(强相互作用) | 无(所有电子成对) |
磁场响应 | 微弱吸引 | 强烈吸引 | 微弱排斥 |
剩磁 | 无 | 有 | 无 |
典型物质 | O₂、NO、Gd³⁺配合物 | Fe、Co、Ni | H₂O、Cu、Bi |
参考资料:
分子顺磁性是指分子在外加磁场中因存在未成对电子而表现出微弱磁性的现象。以下是详细解释:
分子顺磁性源于分子中未成对的电子,这些电子具有固有磁矩。当外加磁场时,这些磁矩会沿磁场方向排列,产生与外磁场方向一致的磁化效应。顺磁性物质的磁化率为正值,但数值较小(通常为$10^{-6}$—$10^{-3}$量级),属于弱磁性。
顺磁性物质的磁矩($mu$)可通过公式计算: $$ mu = sqrt{n(n+2)} , text{(玻尔磁子,BM)} $$ 其中$n$为未成对电子数。例如,O₂分子有2个未成对电子,其磁矩为$sqrt{2 times 4} = sqrt{8} approx 2.83 , text{BM}$。
顺磁性物质的原子磁矩在无外磁场时因热运动呈无序排列,宏观上无净磁矩;施加外磁场后部分磁矩沿磁场方向有序排列,产生微弱磁化。
总结来说,分子顺磁性的核心是未成对电子的存在,其可通过分子轨道理论分析,并表现为弱磁性响应。实际应用中,这一性质常用于研究分子结构(如O₂的顺磁性验证了分子轨道理论)。
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