Introduzione alla Chimica

Termini

• paramagneticiMateriali che sono attratti da un campo magnetico applicato esternamente e formano campi magnetici interni indotti nella direzione del campo magnetico applicato.
• diamagneticiMateriali che creano un campo magnetico indotto in una direzione opposta a un campo magnetico applicato esternamente e sono quindi respinti dal campo magnetico applicato.
• lanthanideQualsiasi dei 14 elementi delle terre rare dal cerio (o dal lantanio) al lutezio nella tavola periodica. Poiché i loro orbitali più esterni sono vuoti, hanno una chimica molto simile. Sotto di loro ci sono gli attinidi.
• numero quanticoUno di certi numeri interi o semi-interi che specificano lo stato di un sistema meccanico quantistico (come un elettrone in un atomo).
• MRIMagnetic Resonance Imaging, una tecnica di imaging medico usata in radiologia per studiare l’anatomia e la fisiologia del corpo sia in salute che in malattia.

Diamagnetismo

Ogni volta che due elettroni condividono lo stesso orbitale, i loro numeri quantici di spin devono essere diversi. In altre parole, uno degli elettroni deve essere “spin-up”, con m_s = +frac{1}{2}, mentre l’altro elettrone è “spin-down”, con m_s = -frac{1}{2}. Questo è importante quando si tratta di determinare lo spin totale in un orbitale elettronico. Per decidere se gli spin degli elettroni si annullano, si sommano i loro numeri quantici di spin. Ogni volta che due elettroni sono accoppiati insieme in un orbitale, o il loro spin totale è 0, sono chiamati elettroni diamagnetici.

Pensa agli spin in senso orario e antiorario. Se uno spin è in senso orario e l’altro in senso antiorario, allora le due direzioni di spin si bilanciano a vicenda e non c’è rotazione residua. Nota cosa significa tutto questo in termini di elettroni che condividono un orbitale: Poiché gli elettroni nello stesso orbitale hanno sempre valori opposti per i loro numeri quantici di spin (ms), finiranno sempre per annullarsi a vicenda. In altre parole, non c’è spin residuo in un orbitale che contiene due elettroni.

Lo spin degli elettroni è molto importante nel determinare le proprietà magnetiche di un atomo. Se tutti gli elettroni di un atomo sono accoppiati e condividono il loro orbitale con un altro elettrone, allora lo spin totale in ogni orbitale è zero e l’atomo è diamagnetico. Gli atomi diamagnetici non sono attratti da un campo magnetico, ma piuttosto sono leggermente respinti.

Paramagnetismo

Gli elettroni che sono soli in un orbitale sono chiamati elettroni paramagnetici. Ricorda che se un elettrone è solo in un orbitale, l’orbitale ha uno spin netto, perché lo spin dell’elettrone solitario non si annulla. Se anche un solo orbitale ha uno spin netto, l’intero atomo avrà uno spin netto. Pertanto, un atomo è considerato paramagnetico quando contiene almeno un elettrone paramagnetico. In altre parole, un atomo potrebbe avere 10 elettroni appaiati (diamagnetici), ma finché ha anche un elettrone non appaiato (paramagnetico), è ancora considerato un atomo paramagnetico.

Come gli atomi diamagnetici sono leggermente respinti da un campo magnetico, gli atomi paramagnetici sono leggermente attratti da un campo magnetico. Le proprietà paramagnetiche sono dovute al riallineamento dei percorsi degli elettroni causato dal campo magnetico esterno. I paramagneti non mantengono alcuna magnetizzazione in assenza di un campo magnetico esterno, perché il movimento termico randomizza gli orientamenti degli spin. Effetti magnetici più forti sono tipicamente osservati solo quando sono coinvolti elettroni d o f. La dimensione del momento magnetico su un atomo di lantanide può essere abbastanza grande, dato che può trasportare fino a sette elettroni spaiati, nel caso del gadolinio (III) (da cui il suo uso nella risonanza magnetica).