Inleiding tot de scheikunde

Termen

• paramagnetischeMaterialen die worden aangetrokken door een extern toegepast magnetisch veld en interne, geïnduceerde magnetische velden vormen in de richting van het toegepaste magnetische veld.
• diamagnetischeMaterialen die een geïnduceerd magnetisch veld creëren in een richting tegengesteld aan een uitwendig aangelegd magnetisch veld en daardoor door het aangelegde magnetische veld worden afgestoten.
• lanthanideEen van de 14 zeldzame aardelementen van cerium (of van lanthaan) tot lutetium in het periodiek systeem. Omdat hun buitenste banen leeg zijn, hebben ze een zeer vergelijkbare chemie. Daaronder staan de actiniden.
• kwantumgetalEen van bepaalde gehele of halve getallen die de toestand van een kwantummechanisch systeem (zoals een elektron in een atoom) aangeven.
• Magnetic Resonance Imaging, een medische beeldvormingstechniek die in de radiologie wordt gebruikt om de anatomie en fysiologie van het lichaam te onderzoeken, zowel bij gezondheid als ziekte.

Diamagnetisme

Telkens als twee elektronen dezelfde baan delen, moeten hun spin-kwantumgetallen verschillend zijn. Met andere woorden, een van de elektronen moet “spin-up” zijn, met m_s = +\frac{1}{2}, terwijl het andere elektron “spin-down” is, met m_s = -\frac{1}{2}. Dit is belangrijk bij het bepalen van de totale spin in een elektronenbaan. Om te bepalen of de elektronspins elkaar opheffen, moeten de spin-kwantumgetallen bij elkaar worden opgeteld. Als twee elektronen in een orbit aan elkaar zijn gekoppeld, of als hun totale spin 0 is, worden ze diamagnetische elektronen genoemd.

Denk aan spins als met de klok mee en tegen de klok in. Als de ene spin met de wijzers van de klok mee is en de andere tegen de wijzers van de klok in, dan houden de twee spinrichtingen elkaar in evenwicht en is er geen overblijvende rotatie. Let op wat dit alles betekent in termen van elektronen die een orbit delen: Omdat elektronen in dezelfde baan altijd tegengestelde waarden hebben voor hun spin-kwantumgetallen (ms), zullen ze elkaar uiteindelijk altijd opheffen. Met andere woorden, er blijft geen spin over in een baan met twee elektronen.

Elektronspin is heel belangrijk voor het bepalen van de magnetische eigenschappen van een atoom. Als alle elektronen in een atoom aan elkaar gekoppeld zijn en hun baan delen met een ander elektron, dan is de totale spin in elke baan nul en is het atoom diamagnetisch. Diamagnetische atomen worden niet aangetrokken door een magnetisch veld, maar juist enigszins afgestoten.

Paramagnetisme

Elektronen die alleen in een baan zitten, worden paramagnetische elektronen genoemd. Onthoud dat als een elektron alleen in een orbitaal zit, de orbitaal een netto spin heeft, omdat de spin van het eenzame elektron niet wordt opgeheven. Als zelfs één orbitaal een netto spin heeft, heeft het hele atoom een netto spin. Daarom wordt een atoom als paramagnetisch beschouwd als het ten minste één paramagnetisch elektron bevat. Met andere woorden, een atoom kan 10 gepaarde (diamagnetische) elektronen hebben, maar zolang het ook één ongepaard (paramagnetisch) elektron heeft, wordt het nog steeds beschouwd als een paramagnetisch atoom.

Net zoals diamagnetische atomen enigszins worden afgestoten door een magnetisch veld, worden paramagnetische atomen enigszins aangetrokken door een magnetisch veld. Paramagnetische eigenschappen zijn het gevolg van de herschikking van de elektronenbanen, veroorzaakt door het externe magnetische veld. Paramagneten behouden geen magnetisatie bij afwezigheid van een extern aangelegd magneetveld, omdat thermische beweging de spinoriëntaties randomiseert. Sterkere magnetische effecten worden gewoonlijk alleen waargenomen wanneer er d- of f-elektronen bij betrokken zijn. De grootte van het magnetisch moment op een lanthanide atoom kan vrij groot zijn, omdat het tot zeven ongepaarde elektronen kan dragen, in het geval van gadolinium(III) (vandaar het gebruik in MRI).

http://en.wikipedia.org/wiki/Diamagnetic
Wikipedia
CC BY-SA 3.0.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diamagnetic_graphite_levitation.jpg
Wikimedia
Publiek domein.