Introduction à la chimie

Termes

• paramagnétiquesMatériaux qui sont attirés par un champ magnétique appliqué de l’extérieur et forment des champs magnétiques internes, induits, dans la direction du champ magnétique appliqué.
• diamagnétiqueMatériaux qui créent un champ magnétique induit dans une direction opposée à un champ magnétique appliqué de l’extérieur et qui sont donc repoussés par le champ magnétique appliqué.
• lanthanideTout élément parmi les 14 terres rares allant du cérium (ou du lanthane) au lutécium dans le tableau périodique. Comme leurs orbitales les plus extérieures sont vides, ils ont une chimie très similaire. En dessous d’eux se trouvent les actinides.
• nombre quantiqueUn de certains entiers ou demi-entiers qui spécifient l’état d’un système de mécanique quantique (tel qu’un électron dans un atome).
• Imagerie par résonance magnétique, une technique d’imagerie médicale utilisée en radiologie pour étudier l’anatomie et la physiologie du corps, tant dans le domaine de la santé que de la maladie.

Diamagnétisme

Chaque fois que deux électrons partagent la même orbitale, leurs nombres quantiques de spin doivent être différents. En d’autres termes, l’un des électrons doit avoir un  » spin-up « , avec m_s = +\frac{1}{2}, tandis que l’autre électron a un  » spin-down « , avec m_s = -\frac{1}{2}. Ceci est important lorsqu’il s’agit de déterminer le spin total d’une orbitale électronique. Pour décider si les spins des électrons s’annulent, il faut additionner leurs nombres quantiques de spin. Chaque fois que deux électrons sont appariés dans une orbitale, ou que leur spin total est égal à 0, ils sont appelés électrons diamagnétiques.

Pensez aux spins dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens inverse. Si un spin est dans le sens des aiguilles d’une montre et l’autre dans le sens inverse, alors les deux directions de spin s’équilibrent et il n’y a pas de rotation restante. Notez ce que tout cela signifie en termes d’électrons partageant une orbitale : Étant donné que les électrons d’une même orbitale ont toujours des valeurs opposées pour leur nombre quantique de spin (ms), ils finissent toujours par s’annuler. En d’autres termes, il n’y a pas de spin restant dans une orbitale qui contient deux électrons.

Le spin des électrons est très important pour déterminer les propriétés magnétiques d’un atome. Si tous les électrons d’un atome sont appariés et partagent leur orbitale avec un autre électron, alors le spin total de chaque orbitale est nul et l’atome est diamagnétique. Les atomes diamagnétiques ne sont pas attirés par un champ magnétique, mais sont plutôt légèrement repoussés.

Paramagnétisme

Les électrons qui sont seuls dans une orbitale sont appelés électrons paramagnétiques. Rappelez-vous que si un électron est seul dans une orbitale, l’orbitale a un spin net, car le spin de l’électron solitaire ne s’annule pas. Si une seule orbitale a un spin net, l’atome entier aura un spin net. Par conséquent, un atome est considéré comme paramagnétique lorsqu’il contient au moins un électron paramagnétique. En d’autres termes, un atome pourrait avoir 10 électrons appariés (diamagnétiques), mais tant qu’il possède également un électron non apparié (paramagnétique), il est toujours considéré comme un atome paramagnétique.

De même que les atomes diamagnétiques sont légèrement repoussés par un champ magnétique, les atomes paramagnétiques sont légèrement attirés par un champ magnétique. Les propriétés paramagnétiques sont dues au réalignement des trajectoires des électrons provoqué par le champ magnétique externe. Les paramagnétiques ne conservent aucune magnétisation en l’absence d’un champ magnétique externe, car le mouvement thermique randomise les orientations du spin. Des effets magnétiques plus forts ne sont généralement observés que lorsque des électrons d ou f sont impliqués. La taille du moment magnétique sur un atome de lanthanide peut être assez importante, car il peut porter jusqu’à sept électrons non appariés, dans le cas du gadolinium(III) (d’où son utilisation en IRM).

.