Objetivo de aprendizaje
- Distinguir los átomos diamagnéticos de los paramagnéticos.
Puntos clave
- Cada vez que dos electrones comparten el mismo orbital, sus números cuánticos de espín tienen que ser diferentes. Siempre que dos electrones estén emparejados en un orbital, o su espín total sea 0, son electrones diamagnéticos. Los átomos con todos los electrones diamagnéticos se llaman átomos diamagnéticos.
- Un electrón paramagnético es un electrón no apareado. Un átomo se considera paramagnético si incluso un orbital tiene un espín neto. Un átomo podría tener diez electrones diamagnéticos, pero mientras también tenga un electrón paramagnético, se sigue considerando un átomo paramagnético.
- Los átomos diamagnéticos repelen los campos magnéticos. Los electrones no apareados de los átomos paramagnéticos se realinean en respuesta a los campos magnéticos externos y, por tanto, son atraídos. Los paramagnéticos no retienen la magnetización en ausencia de un campo magnético, porque la energía térmica aleatoriza las orientaciones de los espines de los electrones.
Términos
- paramagnéticosMateriales que son atraídos por un campo magnético aplicado externamente y forman campos magnéticos internos e inducidos en la dirección del campo magnético aplicado.
- diamagnéticosMateriales que crean un campo magnético inducido en una dirección opuesta a un campo magnético aplicado externamente y, por lo tanto, son repelidos por el campo magnético aplicado.
- LantánidoCualquiera de los 14 elementos de tierras raras desde el cerio (o desde el lantano) hasta el lutecio en la tabla periódica. Como sus orbitales más externos están vacíos, tienen una química muy similar. Por debajo de ellos están los actínidos.
- Número cuánticoUno de ciertos enteros o semienteros que especifican el estado de un sistema mecánico cuántico (como un electrón en un átomo).
- Resonancia magnética, una técnica de imagen médica utilizada en radiología para investigar la anatomía y fisiología del cuerpo tanto en la salud como en la enfermedad.
Diamagnetismo
Cada vez que dos electrones comparten el mismo orbital, sus números cuánticos de espín tienen que ser diferentes. En otras palabras, uno de los electrones tiene que ser «spin-up», con m_s = +\frac{1}{2}, mientras que el otro electrón es «spin-down», con m_s = -\frac{1}{2}. Esto es importante cuando se trata de determinar el espín total en un orbital de un electrón. Para decidir si los espines de los electrones se cancelan, hay que sumar sus números cuánticos de espín. Siempre que dos electrones estén emparejados en un orbital, o su espín total sea 0, se denominan electrones diamagnéticos.
Piense en los espines como en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario. Si un espín es en el sentido de las agujas del reloj y el otro en sentido contrario, entonces las dos direcciones de espín se equilibran entre sí y no hay rotación sobrante. Observe lo que todo esto significa en términos de electrones que comparten un orbital: Dado que los electrones en el mismo orbital siempre tienen valores opuestos para sus números cuánticos de espín (ms), siempre acabarán anulándose mutuamente. En otras palabras, no hay espín sobrante en un orbital que contiene dos electrones.
El espín de los electrones es muy importante para determinar las propiedades magnéticas de un átomo. Si todos los electrones de un átomo están emparejados y comparten su orbital con otro electrón, entonces el espín total en cada orbital es cero y el átomo es diamagnético. Los átomos diamagnéticos no son atraídos por un campo magnético, sino que se repelen ligeramente.
Paramagnetismo
Los electrones que están solos en un orbital se llaman electrones paramagnéticos. Recuerda que si un electrón está solo en un orbital, el orbital tiene un espín neto, porque el espín del electrón solitario no se cancela. Si incluso un orbital tiene un espín neto, todo el átomo tendrá un espín neto. Por lo tanto, se considera que un átomo es paramagnético cuando contiene al menos un electrón paramagnético. En otras palabras, un átomo podría tener 10 electrones emparejados (diamagnéticos), pero mientras también tenga un electrón no emparejado (paramagnético), se sigue considerando un átomo paramagnético.
Así como los átomos diamagnéticos son ligeramente repelidos por un campo magnético, los átomos paramagnéticos son ligeramente atraídos por un campo magnético. Las propiedades paramagnéticas se deben a la realineación de las trayectorias de los electrones causada por el campo magnético externo. Los paramagnetos no retienen ninguna magnetización en ausencia de un campo magnético aplicado externamente, porque el movimiento térmico aleatoriza las orientaciones de los espines. Los efectos magnéticos más fuertes sólo se observan normalmente cuando hay electrones d o f. El tamaño del momento magnético en un átomo de lantánido puede ser bastante grande, ya que puede llevar hasta siete electrones no apareados, en el caso del gadolinio (III) (de ahí su uso en la resonancia magnética).