Paramagnético y Diamagnético: Resumen, diferencias y ejemplos

Configuración electronica

Cuando un material se encuentra dentro de un campo magnético, la creación de magnetismo depende de la configuración de los electrones en el material. Por lo tanto, una descripción general de la configuración electrónica es muy útil para comprender las diferentes reacciones de los materiales a un campo magnético.

Los electrones se colocan en un espacio tridimensional alrededor del núcleo conocido como orbitales atómicos. Los orbitales tienen diferentes formas y números, dependiendo del número total de electrones en el átomo.

La distribución y ubicación de los electrones en los orbitales siguen leyes específicas. Cada orbital puede contener dos electrones. Los orbitales de baja energía que están más cerca del núcleo se llenan antes que los orbitales de mayor energía. Entre los orbitales de igual energía, los orbitales vacíos se llenan antes que los orbitales con un electrón presente. Este llenado individual de orbitales de igual energía se conoce como regla de Hund .

Además de las leyes mencionadas para archivar orbitales, dos electrones en el mismo átomo no pueden tener números cuánticos idénticos. En otras palabras, dos electrones que ocupan el mismo orbital deben tener espines opuestos; uno tiene que ser “spin-up”, mientras que el otro es “spin-down”. Este principio, que se conoce como Principio de exclusión de Pauli , tiene implicaciones importantes para determinar el giro neto de un orbital que influye en las propiedades magnéticas del material.

¿Qué es diamagnético?

Como establece el principio de exclusión de Pauli, cuando dos electrones se emparejan en el mismo orbital, giran en direcciones opuestas. Como los espines opuestos cancelan el efecto de cada uno, no queda rotación y el espín neto del orbital es 0. Los electrones emparejados en un orbital que siempre producen un espín total de 0 se conocen como electrones diamagnéticos . Los átomos diamagnéticos son átomos que solo contienen electrones diamagnéticos (electrones apareados) y, en consecuencia, presentan un giro neto de 0.

Los materiales diamagnéticos se caracterizan por una ligera susceptibilidad negativa a los campos magnéticos. Dado que los electrones diamagnéticos crean un campo magnético inducido debido a su espín opuesto, son ligeramente repelidos por el campo magnético. Sin embargo, tales propiedades magnéticas débiles no se conservan después de la eliminación del campo externo.

Los materiales diamagnéticos pueden actuar como superconductores efectivos ya que no muestran atracción cuando se exponen a campos magnéticos.

Ejemplos diamagnéticos

Los elementos diamagnéticos son muy comunes en la tabla periódica (incluyendo 33 elementos). Por nombrar algunos, están el cobre (Cu), la plata (Ag), el oro (Au), el plomo (Pb), el zinc (Zn), el azufre (S) y el hidrógeno gaseoso (H2). Los ejemplos de compuestos diamagnéticos bien conocidos incluyen agua (H2O), sal de mesa (NaCl), mármol (carbonato de calcio) y vidrio (sílice-cuarzo).

Definición paramagnética

Cuando los electrones individuales ocupan un orbital, su giro no se cancela ya que no hay ningún electrón emparejado con el giro opuesto. Los electrones solitarios en un orbital se conocen como electrones paramagnéticos que crean un giro neto para el orbital. La presencia de un solo electrón paramagnético es suficiente para producir un giro neto para un átomo completo que se conoce como átomo paramagnético . En otras palabras, un átomo con 10 electrones diamagnéticos (pareados) sigue siendo paramagnético si contiene un solo electrón paramagnético (desapareado). Sin embargo, el comportamiento paramagnético de un átomo se fortalece al aumentar el número de electrones paramagnéticos.

Los materiales paramagnéticos se caracterizan por una susceptibilidad débil y positiva a los campos magnéticos. Dado que los electrones paramagnéticos no apareados pueden realinearse bajo la influencia de un campo magnético externo, son ligeramente atraídos por el campo magnético. Sin embargo, tal propiedad magnética es fugaz y desaparece después de dejar el campo magnético cuando los electrones regresan a sus orientaciones aleatorias originales.

Ejemplos paramagnéticos

Un número considerable de elementos en las tablas periódicas se distinguen como paramagnéticos (incluidos 48 elementos). Por nombrar algunos, están el níquel (Ni), el cromo (Cr), el galio (Ga), el aluminio (Al), el litio (Li), el gas nitrógeno (N2) y el gas oxígeno (O2). Ejemplos de compuestos paramagnéticos son el óxido de hierro (FeO), la mioglobina del complejo de coordinación y muchos complejos metálicos.

Paramagnético vs Diamagnético

La comparación de materiales diamagnéticos y paramagnéticos indica algunas similitudes en cuanto a la respuesta débil y fugaz al campo magnético externo. Ambos tipos de materiales muestran un débil efecto magnético que no se retiene en ausencia del campo magnético aplicado. Sin embargo, se distinguen según su configuración electrónica, la dirección del campo magnético inducido, la susceptibilidad magnética y la permeabilidad relativa.

• Los materiales diamagnéticos solo contienen electrones apareados, mientras que los materiales paramagnéticos incluyen al menos un electrón desapareado.
• La dirección del campo magnético inducido internamente varía entre los materiales diamagnéticos y paramagnéticos, estando en la dirección opuesta del campo aplicado externamente en los primeros, mientras que en la misma dirección en los segundos.
• Los materiales diamagnéticos muestran susceptibilidad negativa y son ligeramente repelidos por un campo magnético aplicado, mientras que los átomos paramagnéticos muestran susceptibilidad positiva y son débilmente atraídos por un campo magnético externo.
• La permeabilidad relativa de los materiales diamagnéticos es inferior a 1, mientras que para los materiales paramagnéticos es superior a 1.

Resumen de la lección

La reacción de los átomos en un campo magnético a menudo se asigna a la configuración orbital y al espín de sus electrones. Como establece la regla de Hund , al elegir entre orbitales de igual energía, los orbitales vacíos se llenan antes que los orbitales que ya tienen un electrón. Además, según el principio de exclusión de Pauli , dos electrones en un átomo no pueden tener números cuánticos idénticos. En consecuencia, los electrones apareados que ocupan el mismo orbital deben tener espines opuestos.

Los átomos diamagnéticos se refieren a átomos que solo incluyen electrones apareados (electrones diamagnéticos ). Los electrones emparejados con espines opuestos siempre se anulan entre sí produciendo un espín total de 0. Los elementos diamagnéticos como el oro o la plata se distinguen por su pequeña susceptibilidad negativa a los campos magnéticos. En contraste, los átomos paramagnéticos se refieren a átomos que contienen al menos un electrón desapareado (electrones paramagnéticos ). La presencia de electrones solitarios en un orbital puede crear un giro neto para todo el átomo. Los elementos paramagnéticos como el níquel o el aluminio se distinguen por su susceptibilidad débil y positiva a los campos magnéticos. En ambos tipos de materiales discutidos, la propiedad magnética no se conserva después de salir del campo externo.