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抗磁性与顺磁性物质有何不同

时间:2022-06-24 百科知识 版权反馈
【摘要】:抗磁性物质中的原子主要由成对的电子组成,原子外层的电子运动轨道通常不形成净磁矩。无外部磁场存在时,物质的宏观磁矩为零。因此,抗磁性是一种弱磁性,抗磁性物质不会被外部磁场吸引,反而被轻微排斥。顺磁性物质所致的顺磁性效应随磁场强度增加而趋明显。原子的热运动可以干扰或破坏原有磁矩方向的一致性排列,故随着温度升高与热能增加,物质的顺磁性效应将会减弱,磁化强度降低,χ值变小。

抗磁性物质(如银、铜、铋)中的原子主要由成对的电子组成,原子外层的电子运动轨道通常不形成净磁矩。无外部磁场存在时,物质的宏观磁矩为零。当存在外部磁场作用时,在抗磁性物质(diamagnetism)内部可形成一个小的宏观磁矩,但方向与外部磁场方向相反,故对外部磁场产生一种轻微的负效应(χ<0,μ<1),使物质内部的实际(局部)磁场强度稍微降低(图6)。因此,抗磁性是一种弱磁性,抗磁性物质不会被外部磁场吸引,反而被轻微排斥。人体内绝大多数的有机分子(如糖类、蛋白质、脂类和核酸)和简单的非金属化合物是抗磁性物质,例如,水、简单盐(如氯化钠、碳酸氢钠)和大部分的生物组织具有微弱的抗磁性,磁敏感性常数为-1.0×10-6

图6 抗磁性物质对磁场的影响

顺磁性物质(如铝、锰、铬)中的原子、离子和许多带电分子的外层存在不成对电子,并形成一个与这些电子运动轨道相关的净磁矩。无外部磁场存在且在室温条件下,由于受到热激化,这些由电子旋转形成的净磁矩随机、杂乱地排列,磁力彼此抵消,宏观磁矩为零。当存在外部磁场作用时,这些净磁矩沿着外磁场方向排列(同方向),并且形成合力或更大的宏观磁矩,故对外部磁场产生一种正效应,即通过吸引外部磁场,使物质内部的实际(局部)磁场强度增加。这些物质(包括原子、离子和分子)的χ值为正数(χ>0,μ>1),即具有顺磁性(paramagnetic)。稀有元素钆(Gd)和镝(Dy)具有多个不成对电子,故Gd、Dy及其复合物具有很强的顺磁性。多种元素的离子、O2分子、脱氧血红蛋白、正铁血红蛋白和钆螯合物是常见的顺磁性物质。在大气压和20°C条件下,空气具有较弱的顺磁性。顺磁性物质所致的顺磁性效应随磁场强度增加而趋明显。TE时间越长,顺磁性效应越大。原子的热运动可以干扰或破坏原有磁矩方向的一致性排列,故随着温度升高与热能增加,物质的顺磁性效应将会减弱,磁化强度降低,χ值变小。

应该指出,自然界中物质的抗磁性效应是普遍存在的。然而,当一种物质内部既有抗磁性,又有顺磁性原子时,具有正磁敏感性的顺磁性效应一般大于负磁敏感性的抗磁性效应(见表1),结果往往是该物质总体表现为顺磁性。

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