顺磁性(paramagnetism)是指材料对磁场响应很弱的磁性。
1.用磁化率k=M/H来表示(M和H分别为磁化强度和磁场强度)的关系来看,磁化率是正的,即磁化强度的方向与磁场强度的相同,数量级在室温时一般为10~10emu。
2.从原子结构来看,组成顺磁性物体的原子、离子或分子具有未被电子填满的内壳层,也就是说具有原子、离子或分子磁矩。但是,这些磁矩之间没有相互作用,或者说,其相互作用与热运动能量相比是可以忽略的,因此,在热运动支配下,磁矩的取向是无规的。只有在外界磁场作用下,按照统计分布,沿磁场方向有一定的磁矩分量。
物质中具有不成对电子的离子、原子或分子时,存在电子的自旋角动量和轨道角动量,也就存在自旋磁矩和轨道磁矩。在外磁场作用下,原来取向杂乱的磁矩将定向,从而表现出顺磁性。
典型顺磁性物质的基本特点是含有具有未满壳层的原子或离子,具有一定的磁矩,是无规分布的原子磁矩在外磁场中的取向产生了顺磁性。此外,传导电子也具有一定的顺磁性。
顺磁性物质也很多,常见的顺磁性物质:n过渡族元素、稀土元素和锕系元素金属:Mn,Cr,W,La,Nd,Pt,Pa等n含有以上元素的化合物:MnSO4,FeCl3,FeSO4,Gd2O3等n碱金属和碱土金属:Li,Na,K,Ru,Cs,Mg,Ca,Sr,Ban包含有奇数个电子的原子或分子:HCl,NO等有机化合物中的自由基n少数含有偶数个电子的化合物:O2,有机物中的双自由基等
顺磁性有其重要的应用,从顺磁物质的顺磁性和顺磁共振可以研究其结构,特别是电子组态结构;利用顺磁物质的绝热去磁效应可以获得约1—10-3K的超低温度;顺磁微波量子放大器是早期研制和应用的一种超低噪声的微波放大器,促进了激光器的研究和发明,在生命科学中,如血红蛋白和肌红蛋白在未同氧结合时为顺磁性,同氧结合后转变为抗磁性,这两种弱磁性的相互转变反映了生物体内的氧化还原过程,其磁性研究成为生命现象的一种方法;目前医学上从核磁共振成像技术发展到电子顺磁共振成像技术,可以显示生物体内顺磁物质如血红蛋白和自由基等的分布和变化,此外某些测氧仪利用了顺磁性的原理。
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