
【機】 molecular paramagnetism
element; member; molecule; numerator
【計】 molecusar
【化】 molecule
【醫】 molecule
arrange; in sequence; in the same direction as; obey; put in order; suitable
magnetism
分子順磁性(Molecular Paramagnetism)是指某些分子在外加磁場作用下,能夠被微弱地吸引,且磁化強度與磁場強度成正比的一種磁性現象。其本質源于分子内部存在未成對電子(unpaired electrons),這些電子的自旋磁矩在無外磁場時取向隨機,淨磁矩為零;當施加外磁場時,電子自旋磁矩傾向于沿磁場方向排列,産生一個與磁場同向的淨磁矩,使物質表現出順磁性。
未成對電子
順磁性的核心條件是分子中存在未成對電子(如自由基、過渡金屬離子等)。例如,氧氣(O₂)分子有兩個未成對電子,是典型的順磁性分子。
弱磁性且無剩磁
順磁性物質的磁化率($chi$)較小(通常為 $10^{-6}$–$10^{-3}$),且去除外磁場後磁化立即消失,無剩磁現象。
溫度依賴性
磁化率服從居裡定律(Curie's Law):
$$ chi = frac{C}{T} $$
其中 $C$ 為居裡常數,$T$ 為絕對溫度,表明磁化率隨溫度升高而降低。
性質 | 順磁性 | 鐵磁性 | 抗磁性 |
---|---|---|---|
未成對電子 | 存在 | 存在(強相互作用) | 無(所有電子成對) |
磁場響應 | 微弱吸引 | 強烈吸引 | 微弱排斥 |
剩磁 | 無 | 有 | 無 |
典型物質 | O₂、NO、Gd³⁺配合物 | Fe、Co、Ni | H₂O、Cu、Bi |
參考資料:
分子順磁性是指分子在外加磁場中因存在未成對電子而表現出微弱磁性的現象。以下是詳細解釋:
分子順磁性源于分子中未成對的電子,這些電子具有固有磁矩。當外加磁場時,這些磁矩會沿磁場方向排列,産生與外磁場方向一緻的磁化效應。順磁性物質的磁化率為正值,但數值較小(通常為$10^{-6}$—$10^{-3}$量級),屬于弱磁性。
順磁性物質的磁矩($mu$)可通過公式計算: $$ mu = sqrt{n(n+2)} , text{(玻爾磁子,BM)} $$ 其中$n$為未成對電子數。例如,O₂分子有2個未成對電子,其磁矩為$sqrt{2 times 4} = sqrt{8} approx 2.83 , text{BM}$。
順磁性物質的原子磁矩在無外磁場時因熱運動呈無序排列,宏觀上無淨磁矩;施加外磁場後部分磁矩沿磁場方向有序排列,産生微弱磁化。
總結來說,分子順磁性的核心是未成對電子的存在,其可通過分子軌道理論分析,并表現為弱磁性響應。實際應用中,這一性質常用于研究分子結構(如O₂的順磁性驗證了分子軌道理論)。
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