大部份过渡元素的化合物是顺磁性的,而且很多我们对于过渡金属化学的了解是从磁的数据中得来的。因此在详细地讨论它们的化学之前,由化学的观点,来阐明磁学的重要事实和原理是必要的。
宏观物质的全部磁性质最终决定于亚原子粒子即电子和核子的电性质。因为核子和核所引起的磁效应是电子的磁效应的大约10(-3次方)倍,它们通常对于有直接化学意义的磁现象没有可以检测出的效应(但这并不是说化学现象对于核的磁性没有重要的效应,正是这样的效应造成了核磁共振谱,它对于化学家是极有用的工具)。因此我们将集中全部注意于电子的性质和由此而来的物质的磁性。我们将看到,在宏观物质的磁性和它的各种组份原子和离子中的未成对电子的数目与分布之间有直接的和常常是灵敏的关系。
定性地说,有几类磁性;毎一类磁性的特征收集在表19-1中。之后我们首先讨论顺磁性。一个顺磁性物质以正比于场强乘场梯度的力被吸引向磁场。顺磁性通常是由于物质中存在着具有未成对电子的离子、原子或分子引起的。这些离子、原子或分子当没有外磁场存在时,都各自具有确定的顺磁磁矩。一个抗磁性物质被磁场排斥。所有的物质在一定程度上都具有这个性质。抗磁性行为是由磁场诱导产生的小磁矩引起的,但在没有外磁场时它并不存在。这样诱导产生的磁矩与外磁场方向相反,所以造成排斥。最后,磁行为还有更复杂的形式,已知的如铁磁性和反铁磁性。还有其它的就不在这里讨论了。
表19-1 磁行为的主要类型
类型 | XM的符号 |
XM的大小(a) (cgs单位) |
XM对H的关系 | 来源 |
抗磁性 | - | 1-500×10(-6次方) | 无关 | 电子电荷 |
顺磁性 | + | 0-10(-2次方) | 无关 | 单个原子上的电子的自旋和轨道运动 |
铁磁性 | + | 10(-2次方)-10(6次方) | 有关 | 单个原子的磁矩的协 |
反铁磁性 | + | 0-10(-2次方) | 可能有关 | 同的相互作用 |
a.假定分子量或离子量在50-1000范围。XM是每摩尔物质的磁化率。