МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ, векторная величина, характеризующая магн. свойства вещества. МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. обладают все элементарные частицы и образованные из них системы (атомные ядра, атомы, молекулы). МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. атомов, молекул и др. многоэлектронных систем складывается из орбитальных МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. электронов, спиновых МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. электронов и ядер и вращательное МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм., обусловленного вращением молекулы как целого.

Орбитальный МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. электрона
,
где е и m_е - абс. значения заряда и массы электрона соответственно, с - скорость света, g _e - коэффициент пропорциональности, называют гиромагнитным отношением, вектор L - орбитальный момент кол-ва движения, квадрат которого равен (l - орбитальное квантовое число, - постоянная Планка). Знак минус обусловлен отрицат. зарядом электрона и означает, что направления МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. m _L и орбитального момента L противоположны. Электронный орбитальный МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ м. значителен у многоэлектронных атомов и ионов с частично заполненными d- и f-орбиталями, например у атомов и ионов переходных металлов, а также у двухатомных молекул (например, NO). У многоатомных органическое молекул и радикалов в основные состоянии электронный орбитальный МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. практически отсутствует.

МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм., обусловленный спином электрона, m _s = — gg _es, где вектор s - собств. момент кол-ва движения (спин), квадрат которого равен (s - спиновое квантовое число), g -множитель Ланде (g-фактор), равный для электрона 2,0023. Направление спинового МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. электрона также противоположно направлению спина (собств. момента кол-ва движения).

МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. электрона часто выражают через магнетон Бора Дж/Гс; тогда и МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм., обусловленный спином ядра, определяется как m _n = g _nI, где g _n - гиромагнитное отношение для ядра, а квадрат вектора I равен , где I - спиновое квантовое число ядра. Ядерный МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. часто выражают через ядерный магнетон Дж/Гс, где т_р - масса протона; тогда и , где g_n — g-фактор ядра. Последняя величина имеет различные значения для разных ядер и определяется внутр. (нуклонной) структурой ядра. Направление МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. протона совпадает с направлением его спина; для др. ядер (например, ¹⁵N) оно может быть противоположным.

Орбитальный МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. m _L, спиновые электронный и ядерный МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ м. m _s и m _n пропорциональны соответствующим моментам кол-ва движения L, S и I, но коэффициент пропорциональности для них различны. По этой причине направление МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. атомных и мол. систем, как правило, не совпадает с направлением вектора их полного момента кол-ва движения.

У атомов и ионов, содержащих неспаренные электроны, главный вклад в МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ м. вносят m _L и m _s: у органическое радикалов МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ м. определяется почти исключительно m _s, а небольшой вклад m _L приводит лишь к малому отличию g-фактора радикалов от g-фактора свободный электронов.

В магн. поле напряженности Н (вектор с компонентами Н_х, Н_y и Н_z) энергия Е частицы изменяется:

E=E₀ - m H - ¹/₂H*c H,

где E₀ - энергия частицы в отсутствие поля, c - тензор, называют магн. восприимчивостью частицы (приведены только первый и второй члены разложения в ряд по Н) (см. Зеемана эффект). Выражение для энергии Е частицы в магн. поле позволяет определить МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ м. частицы как производную:

m = - дЕ/дН,

а компоненты тензора магн. восприимчивости c - как втoрые производные:

c _ij = - д²E/дH_iдH_j (i, j = х, у или z).

Для макроскопич. тел МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. всех составляющих тело частиц усредняются, что приводит к появлению вектора намагниченности М, или МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. единицы объема. Как правило, для элементарного объема dV

M = M₀ + c H,

где М₀ - намагниченность в отсутствие поля, c - макроскопич. магнитная восприимчивость, которая появляется в результате усреднения магн. восприимчивостей c отдельных частиц. У ферромагнетиков и ферримагнетиков M₀ № 0, у диамагнетиков и парамагнетиков M₀ = 0; в магн. поле диамагнетики и парамагнетики намагничиваются (М № 0), причем для диамагнетиков c < 0, для парамагнетиков c > 0. Эксперим. измерение намагниченности М позволяет судить о том, в каких квантовых состояниях находятся составляющие тело частицы (атомы, ионы, молекулы). Однако из-за обменного взаимодействия МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. изолированных частиц часто не равны МАГНИТНЫЙ МОМЕНТм. тех же частиц в кристаллич. решетке, вычисляемым по намагниченности чистого вещества или твердого раствора.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей