МАГНЕТОХІМІЯ. МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИН

Магнетохімія – розділ хімії, вивчаючий магнітні властивості речовин, а також їх зв’язок з будовою молекул. Становлення її як науки можна віднести до початку ХХ століття, коли були відкриті основні закони магнетизму.

Вимірювання магнітної сприйнятливості визначає наявність, або відсутність неспарених електронів в атомах, іонах або молекулах. Це в свою чергу дає відомості про степінь зайнятості орбіталей і, відповідно, про хімічний зв’язок і стереометрії. Наприклад:

1) використання теорії молекулярних орбіталей до молекул О2 та S2 показує, що в них є два електрони, які повинні займати дві вироджені розпушуючі молекулярні π-орбіталі. У відповідності з правилом Хунда, на кожній орбіталі повинно перебувати по одному електрону, в результаті чого у цих молекул буде по два неспарених електрони. Це було підтверджено експериментально шляхом встановлення парамагнітних властивостей цих газів;

2) деякі прості молекули, такі як NO, NO2, ClO2 парамагнітні, так як мають непарне число електронів. Однак в конденсованому стані NO і NO2 стають діалектними, що вказує на димеризацію молекул;

3) всі відомі солі фосфорнуватої кислоти (Н2РО5) діамагнітні, а це свідчить про те, що молекула кислоти димарна (Н4Р2О6) із структурою

Н – О\ Р – О – Р ∕ О – Н

Н – О∕ || || \ О – Н

О О

а не мономарна, так як в цьому випадку у молекулі кислоти (Н2РО3) було б не парне число електронів.

Магнетизм – фундаментальна властивість матерії. При внесенні речовини в магнітне поле спостерігається взаємодія речовини з даним полем. Магнітне поле, взаємодіючи з речовиною, змінює свою величину у порівнянні з вакуумом. Степінь намагнічування речовини в магнітному полі вимірюється величиною магнітного момента на одиницю об’єму І, яка визначається рівнянням:

В = Н + 4πІ (гс)                                                                              (1)

де В – загальна кількість магнітних силових ліній на одиницю поверх-

ні зразка, або загальний магнітний потік в зразку;

Н – напруга магнітного поля в ерстедах.

Поділивши рівняння (1) на Н, одержимо

Р = 1 + 4πх

де Р =  – магнітна проникність зразка; х =  – об’ємна сприйнятливість зразка.

У вакуумі В = Н, так що Р = 1, а х = 0.

В – магнітна індукція (Т1) зв’язана з магнітною проникністю і напруженістю магнітного поля такою залежністю:

В = μ0 · Р · Н

е μ0 – магнітна постійна, μ0 = 4π10–7 Гн/м; Р – магнітна проникність; Н – напруженість магнітного поля (А/м).

Для більшості речовин Р дуже близьке до одиниці, тому в магнетохімії, де основним об’єктом є молекула, використовують величину  (магнітну сприйнятливість), що визначається рівнянням:

 = .

Можна віднести до одиниці об’єму, маси або кількості речовини, тоді вона відповідно називається об’ємною  (безрозмірна), питомою (cм3/г) або молярною (cм3/моль) магнітною сприйнятливістю;  вакууму рівна нулю. Речовини можна розділити на дві категорії: ті, що послабляють магнітне поле ( < 0), називаються діамагнетиками; ті, що підсилюють магнітне поле ( >0) – парамагнетики. Якщо в зовнішнє магнітне поле помістити діамагнітну речовину, то число силових ліній, які проходять через зразок, буде дещо менше від числа силових ліній у вакуумі і відповідно діамагнітні речовини будуть виштовхуватись з магнітного поля. ............