Paramagnetismo

      Paramagnetismo

El paramagnetismo es la propiedad de determinados materiales de comportarse como imanes en presencia de un campo magnético. No se comportan como imanes permanentes, pues al retirar el campo magnético externo pierden sus propiedades magnéticas.

      Los electrones de los átomos son por naturaleza pequeños imanes, pues sus espines generan dipolos magnéticos y poseen, por tanto, momento magnético. Por lo general, se encuentran situados en sus correspondientes orbitales o niveles de energía formando parejas de distinto spin, es decir, se sitúan apareados, y sus propiedades magnéticas se cancelan.

      Otras sustancias poseen orbitales incompletos, es decir, con electrones solitarios, en los niveles de valencia, que son los niveles más inestables o de mayor energía. Estos electrones son los que principalmente intervienen en la formación de enlaces con otros átomos. Aunque se comporten como imanes o como dipolos magnéticos, se encuentran orientados al azar.

       Precisamente las sustancias paramagnéticas son aquellas que poseen átomos con capas semiocupadas y cuando se encuentran en presencia de un campo magnético externo orientan sus dipolos alineados con dicho campo, pero si se retira éste el paramagnetismo desaparece, son imanes temporales. Lo mismo ocurre con las sustancias ferromagnéticas, salvo que éstas mantienen sus propiedades magnéticas durante cierto tiempo o incluso pueden actuar como imanes permanentes.

 

            Los materiales ferromagnéticos son los que pueden ser magnetizados permanentemente por la aplicación de un campo magnético externo, creado por un imán natural o un electroimán. Los principales materiales ferromagnéticos son el hierro, el níquel, el cobalto, la magnetita (Fe₃O₄), etc.

  

Materiales ferromagnéticos

Fe

Co

Ni

CrO2

MnOFe2O3

Fe3O4

NiO2Fe3

CuOFe2O3

MgO2Fe3

El Fe tiene dos orbitales 3D incompletos, así como el cobalto y el níquel. Son sustancias ferromagnéticas:

Ni (Z = 28) [Ar]     ↑↓    ↑↓    ↑↓     ↑    ↑            ↑↓

                                                               3d⁸                      4s²

      Algunos materiales se comportan como paramagnéticos. Son materiales que son atraídos por imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados una vez que cesa el campo magnético exterior que los induce.

Materiales paramagnéticos

Aire y oxígeno

Al

Mg

Ti

W

Pd

Pt

    

      En el caso del Pd el orbital incompleto es el 4d y en el Pt es el 5d.
      La molécula de oxígeno resulta ser una sustancia paramagnética, ya que sus átomos poseen dos electrones desapareados cada uno. Al acoplarse los dos átomos de oxígeno, se sitúan un electrón en cada orbital molecular π* degenerado de la molécula:

O (Z = 8) 1s2     ↑↓           ↑↓     ↑        ↑                   2s2                 2p4

      Los materiales diamagnéticos no son atraídos por imanes, son repelidos y no se convierten en imanes permanentes. Estas sustancias tienen completos sus orbitales y no tienen propiedades magnéticas, no actúan como imanes tanto si están en presencia de un campo magnético como si no.

                        Zn (Z = 30) [Ar]    ↑↓    ↑↓    ↑↓    ↑↓    ↑↓            ↑↓                                                                 3d¹⁰                       4s²

      El paramagnetismo tiene importantes aplicaciones, por ejemplo en la RMN (resonancia magnética nuclear, actualmente RM) y en la RPE (resonancia paramagnética electrónica), con principios físicos análogos a los del RM. En la RM se excitan spines nucleares no apareados en presencia de un campo magnético y por influencia de ondas de radio, sin embargo en la RPE intervienen spines electrónicos no apareados. Estas técnicas espectroscópicas tienen gran aplicación en distintos campos de la medicina y de la física y la química.