Μαγνητικές Ιδιότητες Συμπλεγμάτων

Το μέγεθος ενός ατόμου και η διαμόρφωση ηλεκτρονίων είναι παράγοντες που επηρεάζουν τις μαγνητικές ιδιότητες μιας ένωσης. Ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων σε μια ένωση καθορίζει τις μαγνητικές της ιδιότητες επειδή ο μαγνητισμός βασίζεται στο σπιν ηλεκτρονίων. Ο μαγνητισμός των μετάλλων μετάπτωσης (ή των στοιχείων d-block) εξετάζεται σε αυτή την ενότητα. Χαρακτηρίζονται από το ότι έχουν πολλά ασύζευκτα ηλεκτρόνια.

Μέταλλα μετάβασης

Τα μέταλλα μετάπτωσης μπορούν να σχηματίσουν μαγνήτες, κάτι που είναι μια από τις ενδιαφέρουσες ιδιότητές τους. Είναι μαγνητικά όταν περιέχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Αυτός ο μαγνητισμός προκαλείται από την ύπαρξη μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων d αφού τα τελευταία ηλεκτρόνια βρίσκονται στα d τροχιακά. Ο κβαντικός αριθμός δείχνει το σπιν ενός μόνο ηλεκτρονίου.

Όταν το ηλεκτρόνιο ζευγαρώνεται με ένα άλλο, αυτό το σπιν αναιρείται, αλλά όταν είναι ασύζευκτο, αυτό το σπιν παράγει ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο. Ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων αυξάνει τα παραμαγνητικά αποτελέσματα. Όταν τα ηλεκτρόνια στους συνδέτες και τα ηλεκτρόνια στην ένωση απωθούν το ένα το άλλο, η διαμόρφωση ηλεκτρονίων ενός μετάλλου μετάπτωσης (d-block) αλλάζει.

Μια ένωση μπορεί να είναι παραμαγνητική ή διαμαγνητική ανάλογα με την ισχύ του συνδέτη της.

Μαζικός Μαγνητισμός:Σιδηρομαγνητισμός

Ένας μόνιμος μαγνήτης σχηματίζεται όταν υλικά (όπως ο σίδηρος) υφίστανται σιδηρομαγνητισμό. Αντί να παρουσιάζει μαγνητικές ιδιότητες μόνο όταν εκτίθεται σε μαγνητικό πεδίο, αυτός ο τύπος ένωσης εμφανίζει μόνιμες μαγνητικές ιδιότητες. Τα ηλεκτρόνια ομαδοποιούνται σε τομείς σε ένα σιδηρομαγνητικό στοιχείο, με κάθε τομέα να έχει το ίδιο φορτίο.

Ένα μαγνητικό πεδίο αναγκάζει αυτές τις περιοχές να ευθυγραμμιστούν έτσι ώστε όλα τα φορτία να είναι παράλληλα σε όλη την ένωση. Ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων σε μια ένωση και το μέγεθος του ατόμου καθορίζουν αν είναι σιδηρομαγνητικό ή όχι.

Είναι σύνηθες στην καθημερινή ζωή το νικέλιο, το κοβάλτιο και ο σίδηρος να παρουσιάζουν σιδηρομαγνητισμό ή μόνιμο μαγνητισμό. Ο σιδηρομαγνητισμός ήταν γνωστός και εφαρμόστηκε από τον Αριστοτέλη το 625 π.Χ., η πυξίδα το 1187 και το ψυγείο σήμερα. Η ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν επιβεβαιώνει τον άρρηκτο δεσμό μεταξύ του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού.

Τα μόρια και τα ιόντα έχουν μαγνητικές ροπές

Η θεωρία των συμπλεγμάτων υψηλής και χαμηλής περιστροφής υποστηρίζεται από πειραματικές ενδείξεις μαγνητικών μετρήσεων. Πρέπει να θυμάστε ότι τα ασύζευκτα μόρια ηλεκτρονίων όπως το O2 συμπεριφέρονται σαν παραμαγνητικά μόρια. Τα μαγνητικά πεδία έλκονται από παραμαγνητικές ουσίες. Τα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια στα σύμπλοκα μετάλλων μεταπτώσεως τα προκαλούν παραμαγνητικά. Υπάρχει μια μικρή τάση τα μαγνητικά πεδία να απωθούν τις διαμαγνητικές ουσίες.

Η μαγνητική ροπή που οφείλεται στο σπιν ενός μη ζευγαρωμένου ηλεκτρονίου σε ένα άτομο ή ιόν κάνει ολόκληρο το άτομο ή το ιόν να είναι παραμαγνητικό. Ένα σύστημα που περιέχει ασύζευκτα ηλεκτρόνια έχει μια μαγνητική ροπή της οποίας το μέγεθος σχετίζεται άμεσα με τον αριθμό των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων. Μια μεγάλη μαγνητική ροπή προκαλείται από μια περίσσεια ασύζευκτων ηλεκτρονίων. Για τον υπολογισμό του αριθμού των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων σε ένα σύστημα, παρατηρούνται μαγνητικές ροπές.

Ο κανόνας των Hunds δηλώνει ότι πριν από τη σύζευξη, τα ηλεκτρόνια πρέπει να γεμίσουν όλα τα τροχιακά τους με μεμονωμένα ηλεκτρόνια, διατηρώντας παράλληλα παράλληλα σπιν (τα ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια περιστρέφονται αντίθετα). Πριν συνδυαστεί, ένα μη σύνθετο άτομο μετάλλου με πέντε εκφυλισμένα τροχιακά ζευγαρώνεται με ηλεκτρόνια που γεμίζουν και τα πέντε τροχιακά. Ωστόσο, όταν προστίθενται συνδετήρες, η διαδικασία γίνεται πιο περίπλοκη.

Στα τροχιακά υψηλότερης ενέργειας, ένα μόνο ηλεκτρόνιο απαιτεί περισσότερη ενέργεια για να τοποθετηθεί στα d-τροχιακά λόγω της ενέργειας διάσπασης.

Έχοντας γεμίσει τα μισά από τα τροχιακά χαμηλότερης ενέργειας με ηλεκτρόνια (ένα ηλεκτρόνιο ανά τροχιακό), μπορεί κανείς να τοποθετήσει ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιακό υψηλότερης ενέργειας ή να το ζευγαρώσει με ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιακό χαμηλότερης ενέργειας.

Το ποια εναλλακτική επιλογή επιλέγεται καθορίζεται από την ισχύ των προσδεμάτων. Τα ηλεκτρόνια θα ζευγαρώσουν εάν η ενέργεια διάσπασης είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια σύζευξης. Εάν η ενέργεια σύζευξης είναι μεγαλύτερη, τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια θα καταλαμβάνουν τροχιακά υψηλότερης ενέργειας.

Για να το θέσω αλλιώς, όταν χρησιμοποιείται ένας συνδετήρας ισχυρού πεδίου, σχηματίζονται σύμπλοκα χαμηλής περιστροφής. με ένα πρόσδεμα ασθενούς πεδίου, σχηματίζεται ένα σύμπλεγμα υψηλής περιστροφής.

Τα σύμπλοκα χαμηλής περιστροφής περιέχουν περισσότερα ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια επειδή η ενέργεια διάσπασης είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια σύζευξης. Αυτά τα σύμπλοκα, τα οποία περιλαμβάνουν [Fe(CN)6]3-, συχνά εμφανίζουν διαμαγνητικά χαρακτηριστικά ή είναι ασθενώς παραμαγνητικά.

Ένα σύμπλεγμα υψηλού σπιν συνήθως περιέχει περισσότερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια από ένα σύμπλοκο χαμηλότερου σπιν, επειδή η ενέργεια σύζευξης του συμπλέγματος υψηλής σπιν είναι υψηλότερη από την ενέργεια διάσπασης. Επειδή έχουν περισσότερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια, τα σύμπλοκα με υψηλό σπιν είναι συχνά παραμαγνητικά. Οι παραμαγνητικές ενώσεις έχουν μικροσκοπικά μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από ασύζευκτα ηλεκτρόνια, παρόμοια με τις περιοχές των σιδηρομαγνητικών υλικών.

Όταν ένα σύμπλεγμα συντονισμού έχει ασύζευκτα ηλεκτρόνια, ο παραμαγνητισμός του είναι ισχυρότερος. ένα σύμπλεγμα με περισσότερο σπιν είναι πιο παραμαγνητικό. Οι παραμαγνητισμοί και οι σχετικές δυνάμεις τους μπορούν να προβλεφθούν με βάση τον τύπο του συνδέτη και εάν πρόκειται για αδύναμο ή ισχυρό συνδέτη πεδίου.

Συμπέρασμα

Υπάρχουν διαφορές στις ηλεκτρικές διαμορφώσεις των στοιχείων μετάπτωσης και άλλων μετάλλων μετάπτωσης, όπως ο ψευδάργυρος, το κάδμιο και ο υδράργυρος που δεν θεωρούνται μεταβατικά στοιχεία. Υπάρχει, ωστόσο, μια ομοιότητα μεταξύ των ιδιοτήτων ενός άλλου στοιχείου στο μπλοκ d, και αυτή η ομοιότητα μπορεί να φανεί σε κάθε γραμμή του περιοδικού πίνακα.