Paramagnetisme Definitie en voorbeelden

Paramagnetisme verwijst naar een eigenschap van bepaalde materialen die zwak aangetrokken worden door magnetische velden. Bij blootstelling aan een extern magnetisch veld vormen zich interne geïnduceerde magnetische velden in deze materialen die in dezelfde richting zijn geordend als het aangelegde veld. Zodra het aangebrachte veld is verwijderd, verliezen de materialen hun magnetisme wanneer thermische beweging de elektronspinoriëntaties willekeurig maakt.

Materialen die paramagnetisme vertonen, worden paramagnetisch genoemd. Sommige verbindingen en de meeste chemische elementen zijn paramagnetisch onder bepaalde omstandigheden. Echte paramagneten vertonen echter magnetische gevoeligheid volgens de Curie- of Curie-Weiss-wetten en vertonen paramagnetisme over een breed temperatuurbereik. Voorbeelden van paramagneten zijn het coördinatiecomplex myoglobine, overgangsmetaalcomplexen, ijzeroxide (FeO) en zuurstof (O₂). Titanium en aluminium zijn metalen elementen die paramagnetisch zijn.

Superparamagneten zijn materialen die een netto paramagnetische respons vertonen, maar toch op magnetisch niveau ferromagnetische of ferrimagnetische ordening vertonen. Deze materialen voldoen aan de Curiewet, maar hebben toch zeer grote Curie-constanten. Ferrofluïden zijn een voorbeeld van superparamagneten. Solide superparamagneten worden ook wel mictomagneten genoemd. De legering AuFe (goud-ijzer) is een voorbeeld van een magnetische magneet. De ferromagnetisch gekoppelde clusters bevriezen onder een bepaalde temperatuur.

Hoe paramagnetisme werkt

Paramagnetisme is het gevolg van de aanwezigheid van ten minste één ongepaarde elektronenspin in de atomen of moleculen van een materiaal. Met andere woorden, elk materiaal dat atomen bezit met onvolledig gevulde atomaire orbitalen is paramagnetisch. De spin van de ongepaarde elektronen geeft ze een magnetisch dipoolmoment. Kortom, elk ongepaard elektron werkt als een kleine magneet in het materiaal. Wanneer een extern magnetisch veld wordt aangelegd, wordt de spin van de elektronen uitgelijnd met het veld. Omdat alle ongepaarde elektronen op dezelfde manier uitlijnen, wordt het materiaal aangetrokken door het veld. Wanneer het externe veld wordt verwijderd, keren de spins terug naar hun gerandomiseerde oriëntaties.

De magnetisatie volgt ongeveer de wet van Curie, die stelt dat de magnetische gevoeligheid χ omgekeerd evenredig is met de temperatuur:

M = χH = CH / T

waarbij M magnetisatie is, χ magnetische gevoeligheid is, H het hulpmagneetveld is, T de absolute (Kelvin) temperatuur is en C de materiaalspecifieke Curie-constante is.

Soorten magnetisme

Magnetische materialen kunnen worden geïdentificeerd als behorend tot een van de vier categorieën: ferromagnetisme, paramagnetisme, diamagnetisme en antiferromagnetisme. De sterkste vorm van magnetisme is ferromagnetisme.

Ferromagnetische materialen vertonen een magnetische aantrekkingskracht die sterk genoeg is om te worden gevoeld. Ferromagnetische en ferrimagnetische materialen kunnen na verloop van tijd gemagnetiseerd blijven. Gebruikelijke op ijzer gebaseerde magneten en zeldzame aardmagneten vertonen ferromagnetisme.

In tegenstelling tot ferromagnetisme zijn de krachten van paramagnetisme, diamagnetisme en antiferromagnetisme zwak. In antiferromagnetisme, richten de magnetische momenten van moleculen of atomen zich in een patroon waarin naburige elektronspins in tegengestelde richtingen wijzen, maar de magnetische ordening verdwijnt boven een bepaalde temperatuur.

Paramagnetische materialen worden zwak aangetrokken door een magnetisch veld. Antiferromagnetische materialen worden paramagnetisch boven een bepaalde temperatuur.

Diamagnetische materialen worden zwak afgestoten door magnetische velden. Alle materialen zijn diamagnetisch, maar een substantie wordt meestal niet diamagnetisch gelabeld tenzij de andere vormen van magnetisme afwezig zijn. Bismut en antimoon zijn voorbeelden van diamagneten.