Wie erkennt man, ob ein Element paramagnetisch oder diamagnetisch ist?

Materialien können basierend auf ihrer Reaktion auf ein äußeres Magnetfeld als ferromagnetisch, paramagnetisch oder diamagnetisch klassifiziert werden.

Der Ferromagnetismus ist ein großer Effekt, der häufig größer ist als der des angelegten Magnetfelds und der auch dann anhält, wenn kein Magnetfeld angelegt wird. Diamagnetismus ist eine Eigenschaft, die einem angelegten Magnetfeld entgegenwirkt, aber sehr schwach ist.

Der Paramagnetismus ist stärker als der Diamagnetismus, aber schwächer als der Ferromagnetismus. Im Gegensatz zum Ferromagnetismus bleibt der Paramagnetismus nicht bestehen, wenn das externe Magnetfeld entfernt wird, da die thermische Bewegung die Elektronenspinorientierungen zufällig verändert.

Die Stärke des Paramagnetismus ist proportional zur Stärke des angelegten Magnetfelds. Paramagnetismus tritt auf, weil Elektronenbahnen Stromschleifen bilden, die ein Magnetfeld erzeugen und ein magnetisches Moment beitragen. In paramagnetischen Materialien heben sich die magnetischen Momente der Elektronen nicht vollständig auf.

Wie Diamagnetismus funktioniert

Alle Materialien sind diamagnetisch. Diamagnetismus tritt auf, wenn orbitale Elektronenbewegungen winzige Stromschleifen bilden, die Magnetfelder erzeugen. Wenn ein externes Magnetfeld angelegt wird, richten sich die Stromschleifen aus und sind dem Magnetfeld entgegengesetzt. Es ist eine atomare Variation des Lenzschen Gesetzes, bei der Zustände induzierter Magnetfelder der Änderung, durch die sie entstanden sind, entgegenwirken.

Wenn die Atome ein magnetisches Nettomoment haben, überwältigt der resultierende Paramagnetismus den Diamagnetismus. Der Diamagnetismus ist auch überwältigt, wenn die Fernordnung der magnetischen Atommomente zu Ferromagnetismus führt.

So sind paramagnetische Materialien auch diamagnetisch, aber weil der Paramagnetismus stärker ist, werden sie so klassifiziert.

Es ist erwähnenswert, dass jeder Leiter in Gegenwart eines sich ändernden Magnetfelds einen starken Diamagnetismus aufweist, da zirkulierende Ströme den Magnetfeldlinien entgegenwirken. Jeder Supraleiter ist auch ein perfekter Diamagnet, da es keinen Widerstand gegen die Bildung von Stromschleifen gibt.

Sie können feststellen, ob der Nettoeffekt in einer Probe diamagnetisch oder paramagnetisch ist, indem Sie die Elektronenkonfiguration jedes Elements untersuchen. Wenn die Elektronenunterschalen vollständig mit Elektronen gefüllt sind, ist das Material diamagnetisch, da sich die Magnetfelder gegenseitig aufheben. Wenn die Elektronenteilschalen unvollständig gefüllt sind, entsteht ein magnetisches Moment und das Material ist paramagnetisch.

Paramagnetisches vs Diamagnetisches Beispiel

Welches der folgenden Elemente sollte paramagnetisch sein? Diamagnetisch?

• Er
• Sein
• Li
• N

Lösung

Alle Elektronen sind in diamagnetischen Elementen durch Spinpaare verbunden, so dass ihre Unterschalen vollständig sind und sie nicht von Magnetfeldern beeinflusst werden. Paramagnetische Elemente werden stark von Magnetfeldern beeinflusst, da ihre Unterschalen nicht vollständig mit Elektronen gefüllt sind.

Um festzustellen, ob die Elemente paramagnetisch oder diamagnetisch sind, schreiben Sie die Elektronenkonfiguration für jedes Element auf.

• Er: 1s² Subshell ist gefüllt
• Sei: 1s²2s² Subshell ist gefüllt
• Li: 1s²2s¹ Subshell ist nicht gefüllt
• N: 1s²2s²2p³ Subshell ist nicht gefüllt

Antworten

• Li und N sind paramagnetisch.
• Er und Sein sind diamagnetisch.

Für Verbindungen gilt das Gleiche wie für Elemente. Wenn es ungepaarte Elektronen gibt, ziehen sie ein angelegtes Magnetfeld an (paramagnetisch). Wenn es keine ungepaarten Elektronen gibt, gibt es keine Anziehungskraft auf ein angelegtes Magnetfeld (diamagnetisch).

Ein Beispiel für eine paramagnetische Verbindung wäre der Koordinationskomplex [Fe (edta)₃]^2-. Ein Beispiel für eine diamagnetische Verbindung wäre NH₃.