Химическая энциклопедия - магнитный момент

векторная величина, характеризующая магн. св-ва в-ва. М. м. обладают все элементарные частицы и образованные из них системы (атомные ядра, атомы, молекулы). М. м. атомов, молекул и др. многоэлектронных систем складывается из орбитальных М. м. электронов, спиновых М. м. электронов и ядер и вращат. М. м., обусловленного вращением молекулы как целого. Орбитальный М. м. электрона

,

где е и m е абс. значения заряда и массы электрона соотв., с скорость света, ge коэф. пропорциональности, наз. гиромагнитным отношением, вектор L орбитальный момент кол-ва движения, квадрат к-рого равен (l орбитальное квантовое число, постоянная Планка). Знак минус обусловлен отрицат. зарядом электрона и означает, что направления М. м. mL и орбитального момента L противоположны. Электронный орбитальный М. м. значителен у многоэлектронных атомов и ионов с частично заполненными d- и f-орбиталями, напр. у атомов и ионов переходных металлов, а также у двухатомных молекул (напр., NO). У многоатомных орг. молекул и радикалов в осн. состоянии электронный орбитальный М. м. практически отсутствует. М. м., обусловленный спином электрона, ms = Ч gges, где вектор s собств. момент кол-ва движения (спин), квадрат к-рого равен (s - спиновое квантовое число), g -множитель Ланде (g-фактор), равный для электрона 2,0023. Направление спинового М. м. электрона также противоположно направлению спина (собств. момента кол-ва движения). М. м. электрона часто выражают через магнетон Бора Дж/Гс; тогда и М. м., обусловленный спином ядра, определяется как mn = gnI, где gn гиромагнитное отношение для ядра, а квадрат вектора I равен , где I спиновое квантовое число ядра. Ядерный М. м. часто выражают через ядерный магнетон Дж/Гс, где т р -> масса протона; тогда и , где gn Ч>g-фактор ядра. Последняя величина имеет разл. значения для разных ядер и определяется внутр. (нуклонной) структурой ядра. Направление М. м. протона совпадает с направлением его спина; для др. ядер (напр., ¹⁵N) оно м. б. противоположным. Орбитальный М. м. mL, спиновые электронный и ядерный М. м. ms и mn пропорциональны соответствующим моментам кол-ва движения L, S и I, но коэф. пропорциональности для них различны. По этой причине направление М. м. атомных и мол. систем, как правило, не совпадает с направлением вектора их полного момента кол-ва движения. У атомов и ионов, содержащих неспаренные электроны, главный вклад в М. м. вносят mL и ms: у орг. радикалов М. м. определяется почти исключительно ms, а небольшой вклад mL приводит лишь к малому отличию g-фактора радикалов от g-фактора своб. электронов. В магн. поле напряженности Н (вектор с компонентами Н х,< Н y и Н z) энергия Ечастицы изменяется:

E=E0 -mH-¹/2H.cH,

где E0 энергия частицы в отсутствие поля, c тензор, наз. магн. восприимчивостью частицы (приведены только первый и второй члены разложения в ряд по Н) (см. Зеемана эффект). Выражение для энергии Ечастицы в магн. поле позволяет определить М. м. частицы как производную:

m=-< дЕ/д Н,>

а компоненты тензора магн. восприимчивости c как втoрые производные:

cij= д ²E/дHi дHj(i, j= х, у или z).

Для макроскопич. тел М. м. всех составляющих тело частиц усредняются, что приводит к появлению вектора намагниченности М, или М. м. единицы объема. Как правило, для элементарного объема dV

M= M0 + cH,

где М0 намагниченность в отсутствие поля, c макроскопич. магнитная восприимчивость, к-рая появляется в результате усреднения магн. восприимчивостей c отдельных частиц. У ферромагнетиков и ферримагнетиков M>0№ 0, у диамагнетиков и парамагнетиков M>0 = 0; в магн. поле диамагнетики и парамагнетики намагничиваются ( М№0), причем для диамагнетиков c < 0, для парамагнетиков c > 0. Эксперим. измерение намагниченности М позволяет судить о том, в каких квантовых состояниях находятся составляющие тело частицы (атомы, ионы, молекулы). Однако из-за обменного взаимодействия М. м. изолированных частиц часто не равны М. м. тех же частиц в кристаллич. решетке, вычисляемым по намагниченности чистого в-ва или твердого р-ра. Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм микрочастиц, М., 1973; Калинников В. Т., Ракитин Ю. В., Введение в магнетохимию, М., 1980; Уайт Р., Квантовая теория магнетизма, пер. с англ., 2 изд., М., 1985.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988