tema 2: propiedades magnéticas de las especies … ii/julio 2do 2009/pdf/t2.pdf · pierre curie...
TRANSCRIPT
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Imán y virutas de hierro.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Nitrógeno u oxígeno líquido???.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Tren de levitación magnética.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Aleaciones (NITINOL).
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
A) Importancia del magnetismo en química:
Magnetoquímica:
Estudio de las propiedades magnéticas a nivel macroscópico que se originan por la presencia de capas electrónicas incompletas.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Existen relaciones directas y sensibles entre las
propiedades magnéticas de la materia y el número y
distribución de los electrones.
Sistemas d y f principalmente.
Tema 2:
Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
.- Es una herramienta física.
B) Características del magnetismo:
.- Es de origen electrónico. Se debe a la presencia de los momentos angulares.
.- Es una característica presente en los elementos y en los iones d y f.
.- Se manifiesta principalmente como: paramagnetismo, diamagnetismo,ferromagnetismo y antiferromagnetismo en la materia.
.- Los resultados magnéticos del estudio de complejos son útiles para establecer detalles de estructura electrónica y estereoquímica.
Ej:
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
C) Conceptos fundamentales:
.- Magnetones de Bohr.
Los momentos magnéticos se expresan en magnetones de Bohr:
mc
ehMB
41
e = carga del electrón, h = constante de Planck,
m = masa del electrón en reposo, c = velocidad de la luz.
los valores son: 1 MB = 9.279 x 10-21 erg.gauss-1 (cgs)
1 MB = 9.279 x 10-24 J.T-1 (SI)
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
.- Susceptibilidad magnética (m) y permeabilidad (B/H).
Cuando una sustancia se coloca en un campo magnético de fuerza (H), la inducción magnética o la densidad de flujo magnético (B) dentro de la muestra se define por:
B = H + 4M (cgs), B = o (H + M) (SI)
donde:
M = es la intensidad de la magnetización o el momento dipolar inducido por unidad de volumen y esta dado según:
M = m . H
m = susceptibilidad magnética por unidad de volumen.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
o = permeabilidad del vacío, sus valores son:
o = 4 x 10-7 NA2
o = 4 x 10-7 C-2S2m-1
Sí B = H + 4M, entonces: B/H = permeabilidad, queda que:
B/H = 1 + 4M/H B/H = 1 + 4m
La permeabilidad B/H representa la relación entre la densidad de las líneas de campo en la sustancia y la densidad de estas líneas en ausencia de la muestra.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
En general resulta más conveniente discutir las susceptibilidades magnéticasen base al peso y no al volumen. Por lo cual se emplean las relaciones siguientes:
d
m
ahora = susceptibilidad por gramo y d = densidad en g/cm3
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
además:
. M = M susceptibilidad molar
M = peso molecular
M debe corregirse para obtener Mcorr , siendo la magnitud más
apropiada para elaborar conclusiones sobre estructura electrónica.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
D) Paramagnetismo y origen de los momentos paramagnéticos:
Características.
m es positivo.
Provoca un aumento en la intensidad del campo magnético.
En un campo magnético no homogéneo se mueve hacia el campomás fuerte.
Es permanente.
Depende de la temperatura y no de la intensidad del campo magnético.
Se manifiesta en átomos, iónes o moléculas con electrones no apareados.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Representación:
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Sí el electrón se considera como un imán, los momentos magnéticos debidosal spin (s) y según la mecánica cuántica pueden calcularse:
)1()( SSgMBsg = constante giromagnética o factor g. g = 2.00023 2.00
Momentos magnéticos debidos
solo al spin
# e- no
apareados
S S
1 1/2 1.73
2 1 2.83
3 3/2 3.87
4 2 4.90
5 5/2 5.92
6 3 6.93
7 7/2 7.94
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Cuando la contribución del momento angular orbital es significativa, el cálculo teórico toma en cuenta:
)1()1(4)( LLSSMBLS
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Momentos magnéticos observados y calculados para algunos iones demetales de transición.
ión # cuánticos del
estado
fundamental
S L
Símbolo
R-SS
(MB)
S + L
(MB)
Momentos
observados
(MB)
V4+ 1/2 2 2D 1.73 3.00 1.7 – 1.8
Cu2+ 1/2 2 2D 1.73 3.00 1.7 – 2.2
V3+ 1 3 3F 2.83 4.47 2.6 – 2.8
Ni2+ 1 3 3F 2.83 4.47 2.8 – 4.0
Cr3+ 3/2 3 4F 3.87 5.20 3.8
Co2+ 3/2 3 4F 3.87 5.20 4.1 – 5.2
Fe2+ 2 2 5D 4.90 5.48 5.1 – 5.5
Co3+ 2 2 5D 4.90 5.48 5.4
Mn2+ 5/2 0 6S 5.92 5.92 5.9
Fe3+ 5/2 0 6S 5.92 5.92 5.9
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
E) Diamagnetismo:
Características.
m es negativa.
Provoca una disminución en la intensidad del campo magnético dentro de la muestra.
En un campo magnético no homogéneo se mueve hacia el campomás débil.
No depende de la temperatura
Se manifiesta en átomos, iónes o moléculas con electronesapareados.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
F) Momentos magnéticos a partir de las susceptibilidades magnéticas:
Mcorr
Toma en cuenta la contribución diamagnética y el paramagnetismo independiente de la temperatura (PIT).
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Pierre Curie demostró que la susceptibilidad paramagnéticadepende inversamente de la temperatura y que frecuentementeobedece la ecuación:
T
Ccorr
M Ley de Curie
C = Constante de Curie, T = temp. absoluta.
donde:
K
NC
3
2
N = número de avogadro, K = constante de Boltzmann, = momento magnético.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
de manera que:
TcorrMeffefectivo 84.2
El experimento se hace de la manera siguiente:
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Muchas son las sustancias que siguen la ley de Curie:
T
Ccorr
M C
Tcorr
M
1
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
en otras la recta no pasa por el origen:
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
entonces queda el momento magnético:
)(84.2 Tcorr
M
G) Ferromagnetismo y antiferromagnetismo:
Es una clase de paramagnetismo con una tendencia complicada conla temperatura y la intensidad del campo.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Representación:
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
Representación:
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.
En la situación ferromagnética, una forma de ver la extraña dependencia con la magnitud del campo se manifiesta por la presencia de histéresis.
Tema 2: Propiedades magnéticas de las especies químicas.