Магнитная восприимчивость организмов - Павлович С.А.
Скачать (прямая ссылка):
-1 -ГЛАВА
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИА- И ПАРАМАГНЕТИЗМА
Все элементы, соединения и вещества проявляют магнитную активность, которая определяется магнитными моментами элементарных частиц, входящих в состав каждого атома. Ввиду того что магнитные моменты протона и нейтрона (ядра) на три порядка ниже наименьшего магнитного момента электрона, то, следовательно, магнитные свойства атома целиком определяются электронами. Полный магнитный момент атома представляет собой геометрическую сумму орбитальных и спиновых магнитных моментов электронов. При этом орбитальный магнитный момент электрона создается в результате его движения по некоторой замкнутой орбите внутри атома, а спиновый магнитный момент связан с собственным моментом импульса частицы. Следовательно, атомы и состоящие из них тела — это своеобразные магниты.
В зависимости от поведения во внешнем магнитном поле неорганические и органические вещества условно подразделяют на две группы — диамагнетики и парамагнетики.
В диамагнетике возникающая намагниченность направлена навстречу намагничивающему полю, т. е. внешнее магнитное поле экранируется встречным внутренним магнитным полем вещества. Намагничиваясь против поля, диамагнетики выталкиваются из него.
В основе диамагнетизма лежит действие внешнего магнитного поля на орбитальное движение электронов, вследствие чего он является неотъемлемым свойством практически всех молекул и веществ, но в некоторых из них может перекрываться парамагнетизмом. Отличаясь рядом особенностей в различных видах веществ, в изолированных атомах или ионах диамагнетизм обусловлен ларморовой прецессией электронных оболочек. ' Диамаг-
нитные свойства проявляются у тех веществ, у которых магнитный момент атома или молекулы равен нулю. Для этого нужно, чтобы все орбитальные и спиновые магнитные моменты были полностью скомпенсированы, ,что возможно лишь в том случае, если они у двух электронов одинаковы по величине и противоположны по направлению. Указанная компенсация имебт место в целиком заполненных электронных оболочках гелия, неона, аргона, криптона, ксенона, радона. Помимо благородных газов диамагнитными являются многие ионы, ряд элементов, обладающих четным числом электронов и очень малым парамагнитным эффектом, который не может перекрыть диамагнитный (Си29, Ag47, Sb51, Bi83). Диамагнитными свойствами обладают также золото, свинец, цинк, ртуть, углерод, сера, натрий, хлор, многие газы, например, водород и углекислый газ, вода, бензол, стекло, кварц, каменная соль, алмаз, большинство органических соединений.
Высокий диамагнетизм органических веществ обусловлен размерами их молекул и большими радиусами орбит наиболее удаленных электронов, которые определяют диамагнитный момент молекулы.
Диамагнитная восприимчивость органических веществ имеет отрицательную величину и во многих молекулах, как, например, у ароматических соединений, обнаруживает заметную анизотропию. Так как твердое тело в среднем содержит 1025—1026 атомов в 1 м3, то объемная восприимчивость х«г должна иметь порядок 10~5— 10_6, т. е. равна величине, действительно измеряемой экспериментально для диамагнитных твердых тел. Диамагнитная восприимчивость не зависит от температуры.
Парамагнетики — это вещества, намагничивающиеся по направлению магнитного поля и втягивающиеся в него. Парамагнитными свойствами обладают все атомы и молекулы, имеющие нечетное число электронов, полный магнитный момент которых отличен от нуля.
Парамагнетиками являются калий, другие щелочные металлы, алюминий, окись азота, воздух, элементы переходной группы периодической системы (хром, марганец, платина, железо при температуре выше точки Кюри), многие редкоземельные элементы, смешанные соединения. Парамагнитна также молекула кислорода, так как в ней имеются два неспаренных электрона. Магнитные
моменты атомов парамагнитных элементов составляют несколько магнетонов Бора. При этом величина, называемая магнетоном Бора и обозначаемая р, равна 9,27 • 10~24 А/м2. У молекулы кислорода магнитный момент, например, составляет 2,8 магнетона Бора.
В отсутствие магнитного поля магнитные моменты у парамагнетиков обычно ориентированы хаотически по всем направлениям, и макроскопическая намагниченность отсутствует. Однако в магнитном поле эти моменты ориентируются преимущественно в направлении поля, что приводит к суммарной намагниченности вещества, т. е. внутри парамагнитного тела к действию внешнего поля прибавляется действие возникающего в образце магнитного момента (намагниченности).
Ввиду того что магнитные моменты ориентируются в направлении поля и тем самым увеличивают его, парамагнитная восприимчивость — существенная положительная величина, т. е. больше нуля. К этому нужно добавить, что парамагнетизм характеризуется не только природой самих магнитных моментов атомов, но и температурной зависимостью суммарной намагниченности образца.
В отличие от ферро- и антиферромагнетизма для парамагнетизма характерно отсутствие остаточной намагниченности, выраженного ориентирующего взаимодействия между магнитными моментами атомов или молекул вещества; парамагнетики очень слабо намагничиваются даже в очень сильных магнитных полях.
