Paramagnetismo

Explicamos o que é paramagnetismo, suas características, aplicações e damos vários exemplos

Os momentos magnéticos permanentes são orientados aleatoriamente, mas alinhados com o campo magnético aplicado. Fonte: Wikimedia Commons/F. Zapata.

O que é paramagnetismo?

Ele paramagnetismo É a atração que alguns materiais experimentam na presença de um campo magnético externo. Substâncias paramagnéticas são fracamente atraídas pelas regiões onde esse campo é mais intenso.

A origem do paramagnetismo é o movimento de elétrons no átomo, uma vez que qualquer carga elétrica em movimento se comporta como uma pequena espira de corrente, gerando seu próprio campo magnético.

O magnetismo do elétron e o átomo é caracterizado através da magnitude do vetor chamada Momento magnético. Os átomos dos materiais paramagnéticos têm momentos magnéticos líquidos, uma vez que têm elétrons ausentes, ou seja, elétrons solitários em um orbital e cujo momento magnético líquido não é anulado por outro.

Isso é o que acontece no alumínio, uma substância paramagnética cujo orbital 3p contém um único elétron que dá ao átomo seu momento magnético líquido. O ferro, por outro lado, cuja resposta magnética é ainda mais intensa, tem 4 elétrons ausentes no seu último nível.

Antes de aplicar o campo externo, os momentos magnéticos de um material são orientados aleatoriamente e, portanto, sua magnetização, que é o momento magnético líquido por unidade de volume, é anulado. Mas uma vez aplicado o campo externo, os momentos magnéticos tendem a ser orientados na mesma direção do campo, embora a agitação térmica dos átomos seja oposta, impedindo um alinhamento completo.

Quando o material é removido do campo externo ou isso desaparece, os momentos magnéticos de uma substância paramagnética retornam ao estado inicial de desordem. Mas enquanto eles permanecem alinhados, a substância se comporta como um ímã fraco.

Características do paramagnetismo

Os materiais paramagnéticos são caracterizados pela apresentação:

1.- Mais camada eletrônica externa parcialmente cheia.

2.- Momentos magnéticos líquidos permanentes, devido à presença de elétrons ausentes, cujo momento magnético não é cancelado com o de outro elétron.

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3.- Momentos magnéticos orientados aleatoriamente na ausência de um campo magnético externo.

4.- Magnetização líquida na presença de um campo externo, que desaparece assim que o campo for suprimido. Acontece que o alinhamento com o campo externo favorece o estado mínimo de energia dos elétrons.

5.- Susceptibilidade magnética positiva e pequena: entre 10^-6 e 10⁻². A suscetibilidade magnética é o indicador sem dimensão da facilidade da substância para magnetizar na presença de um campo externo.

6.- Diminuição da magnetização com temperatura. De fato, os materiais paramagnéticos obedecem à lei de Curie:

Onde χ é a suscetibilidade magnética, T é a temperatura em Kelvin e C é uma constante do material.

Aplicações paramagnetism

Ressonância paramagnética eletrônica

Esta técnica detecta espécies paramagnéticas ao aplicar um campo magnético externo às moléculas de um sólido paramagnético, dessa maneira são induzidas certas mudanças nos estados de rotação, chamado transições.

Posteriormente, aplicando energia eletromagnética na faixa de microondas, é possível produzir um espectro de absorção específico, chamado Ressonância eletrônica de rotação.

Este espectro permite estudar moléculas de origem orgânica, como radicais livres da interação entre matéria orgânica e radiação ionizante, oferecendo, entre outras coisas, informações valiosas sobre os danos produzidos por tal radiação em tecidos biológicos.

Amostras inorgânicas também podem ser analisadas através de íons metais de transição.

Resfriamento magnético

Uma aplicação muito interessante de certos sais paramagnéticos, como nitrato de magnésio, sulfato de ferro-amônio e sulfato de ferro-potássio, está na área de baixa temperatura.

Ao aplicar um campo magnético externo variável, a temperatura desses sais pode variar, fenômeno conhecido como Efeito magnetocalical, observado pela primeira vez no final do século 19 em ferro metálico. Dessa forma, as temperaturas da ordem de 0 podem ser alcançadas.01 k.

Namoro de amostra

Nesta aplicação, os princípios da ressonância paramagnética eletrônica são usados ​​para estudar os materiais expostos à radiação ionizante. Quando um objeto recebe radiação ionizante, que pode vir de minerais radioativos da crosta terrestre, há um traço, consistindo em cargas elétricas presas nos defeitos da estrutura cristalina do material.

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Esta pegada é chamada Centro Paramagnético E é detectável através de técnicas eletrônicas de ressonância paramagnética.

É possível oferecer um namoro sabendo que o valor das cargas elétricas nos centros paramagnéticos depende, tanto o tempo em que a amostra foi exposta à radioatividade e dose (energia por unidade de massa recebida).

Dessa maneira, amostras mais antigas podem ser datadas do que o método de radiocarbono permite, por exemplo, dentes esqueléticos da era quaternária, que contêm minerais sensíveis à radiação.

Sensores paramagnéticos de oxigênio

Eles são usados ​​para detectar a quantidade de oxigênio em uma amostra, uma vez que o oxigênio é paramagnético, ou seja, é atraído pelo campo magnético de um ímã.

O sensor consiste em um ímã que atua como fonte do campo magnético, duas esferas cheias de nitrogênio (um material não paramagnético) colocado em um suporte rotativo entre os pólos do ímã e um espelho no meio do suporte.

Um feixe de luz é influenciado no espelho, o que se reflete para as células fotoelétricas. Depois que o oxigênio é atraído pelos pólos de ímã, há um torque que gira as esferas com nitrogênio.

Graças ao espelho, esse movimento é detectado por células fotoelétricas, que imediatamente emitem um sinal em direção a um sistema que gera a corrente elétrica necessária para neutralizar a curva. Esta corrente é proporcional à quantidade de oxigênio presente e é facilmente medida usando um amperímetro.

Tinta paramagnética de automóveis

Esta tinta do carro faz com que o carro mude de cor apenas pressionando um botão, graças a um polímero especial que contém um óxido de ferro paramagnético.

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Aplicando uma corrente elétrica, as partículas paramagnéticas estão alinhadas com o campo de uma certa maneira, afetando a maneira como o polímero absorve e reflete a luz, produzindo mudanças na cor.

Claro, para que a cor mude o carro deve estar ligado. Quando o motor está desligado, sua cor base é geralmente branca.

Exemplos de materiais paramagnéticos

Os seguintes materiais têm comportamento paramagnético:

Oxigênio (gasoso e líquido)

Oxigênio líquido adere aos pólos de ímã. Fonte: Jefferson Lab através do YouTube.

O oxigênio é gasoso à temperatura ambiente e um dos principais componentes da atmosfera. Uma experiência simples no laboratório mostra que o oxigênio líquido que é derramado entre os pólos de um ímã se acumula nesses.

Sulfato cúprico

Este composto possui aplicações agrícolas, como fungicida, para eliminar pragas que afetam as colheitas e como um bem. Um ímã atrai facilmente uma amostra deste composto.

Alumínio

O alumínio é um metal leve, resistente e econômico com muitas aplicações. Faz parte de veículos, aviões, utensílios domésticos e é muito utilizado na construção. Uma bola feita de folha de alumínio também é atraída para um ímã.

Hidrogênio

O hidrogênio atômico é o elemento mais simples e abundante do universo e é paramagnético por causa do momento magnético líquido de seu único elétron.

Aço austenítico

Um dos aços inoxidáveis ​​mais utilizados é o aço inoxidável austenítico (que contém austenita, um composto de ferro e carbono), com propriedades paramagnéticas fracas.

Referências

1. Notas da electromedicina. Sensores: análise de oxigênio paramagnético. Recuperado de: Pardell.é.
2. Cenam. Medição de suscetibilidade magnética. Recuperado de: cenam.mx.
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6. Requena, a. Ciência e Técnica em Antiguidade: Spin Eletrônico Paleodood. Recuperado de: um.é.
7. Tormetal. Magnetismo e aço inoxidável. Recuperado de: Tormetal.com.
8. Smith, w. 1998. Fundamentos de engenharia de materiais. McGraw Hill.