Definizione ed esempi di paramagnetismo

paramagnetismo si riferisce a una proprietà di alcuni materiali che sono debolmente attratti dai campi magnetici. Se esposti a un campo magnetico esterno, in questi materiali si formano campi magnetici indotti interni che sono ordinati nella stessa direzione del campo applicato. Una volta rimosso il campo applicato, i materiali perdono il loro magnetismo mentre il movimento termico randomizza gli orientamenti dello spin dell'elettrone.

I materiali che mostrano il paramagnetismo sono chiamati paramagnetici. Alcuni composti e la maggior parte degli elementi chimici sono paramagnetici in determinate circostanze. Tuttavia, i veri paramagnet mostrano suscettività magnetica secondo le leggi Curie o Curie-Weiss ed esibiscono paramagnetismo su un ampio intervallo di temperature. Esempi di paramagneti includono il complesso di coordinazione mioglobina, i complessi di metalli di transizione, l'ossido di ferro (FeO) e l'ossigeno (O₂). Il titanio e l'alluminio sono elementi metallici che sono paramagnetici.

I superparamagneti sono materiali che mostrano una risposta paramagnetica netta, ma mostrano un ordinamento ferromagnetico o ferrimagnetico a livello microscopico. Questi materiali aderiscono alla legge Curie, ma hanno costanti Curie molto grandi. ferrofluidi sono un esempio di superparamagneti. I superparamagneti solidi sono anche conosciuti come mictomagnets. La lega AuFe (ferro-oro) è un esempio di magnete magnetico. I cluster accoppiati ferromagneticamente nella lega si congelano al di sotto di una certa temperatura.

Il paramagnetismo deriva dalla presenza di almeno uno spaiato elettrone filare gli atomi o le molecole di un materiale. In altre parole, qualsiasi materiale che possiede atomi con orbitali atomici riempiti in modo incompleto è paramagnetico. La rotazione degli elettroni spaiati dà loro un momento di dipolo magnetico. Fondamentalmente, ogni elettrone spaiato agisce come un piccolo magnete all'interno del materiale. Quando viene applicato un campo magnetico esterno, lo spin degli elettroni si allinea al campo. Poiché tutti gli elettroni spaiati si allineano allo stesso modo, il materiale viene attratto dal campo. Quando il campo esterno viene rimosso, gli spin tornano ai loro orientamenti randomizzati.

La magnetizzazione segue approssimativamente Legge di Curie, che afferma che la suscettività magnetica χ è inversamente proporzionale alla temperatura:

M = χH = CH / T

dove M è magnetizzazione, χ è suscettività magnetica, H è il campo magnetico ausiliario, T è la temperatura assoluta (Kelvin) e C è la costante di Curie specifica del materiale.

I materiali magnetici possono essere identificati come appartenenti a una delle quattro categorie: ferromagnetismo, paramagnetismo, diamagnetismo e antiferromagnetismo. La forma più forte di magnetismo è il ferromagnetismo.

I materiali ferromagnetici mostrano un'attrazione magnetica che è abbastanza forte da essere percepita. I materiali ferromagnetici e ferrimagnetici possono rimanere magnetizzati nel tempo. I comuni magneti a base di ferro e i magneti in terre rare mostrano ferromagnetismo.

Contrariamente al ferromagnetismo, le forze del paramagnetismo, del diamagnetismo e dell'antiferromagnetismo sono deboli. Nell'antiferromagnetismo, i momenti magnetici di molecole o atomi si allineano in uno schema in cui il vicino gli spin degli elettroni puntano in direzioni opposte, ma l'ordinamento magnetico svanisce al di sopra di un certo temperatura.

I materiali paramagnetici sono debolmente attratti da un campo magnetico. I materiali antiferromagnetici diventano paramagnetici al di sopra di una certa temperatura.

I materiali diamagnetici sono debolmente respinti dai campi magnetici. Tutti i materiali sono diamagnetici, ma una sostanza di solito non è etichettata come diamagnetica a meno che non siano assenti le altre forme di magnetismo. Bismuto e antimonio sono esempi di diamagnet.