ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Магнитные свойства и правило Гунда из "Химическая связь и строение" Большинство веществ ведут себя в неоднородном магнитном поле одним из двух способов. Большая часть химических соединений слабо выталкивается из поля будучи свободно подвешенными, эти вещества устанавливаются перпендикулярно силовым линиям. Такие вещества называются диамагнитными. Другие вещества, которых меньше, несколько сильнее притягиваются полем они устанавливаются вдоль силовых линий и называются парамагнитными. В отсутствие магнитного поля ни один из этих классов соединений не обнаруживает магнитных свойств. Интенсивность намагничивания /, обусловленная магнитным полем Я, равна индуцированному магнитному моменту на единицу объема. Магнитная восприимчивость X равна //Я. Диамагнитные восприимчивости являются, таким образом, небольшими отрицательными ь, . ичинами. Они, как показывает опыт, не зависят от температуры. С другой стороны, парамагнитные восприимчивости гораздо больше и положительны. Они возрастают при понижении температуры. [c.48] Аналогичным образом спиновый угловой момент электрона также вызывает появление магнитного момента y s (s + 1)-/г/2я, где s — спиновое квантовое число равное всегда Va- Таким образом, спиновый магнитны момент должен быть равен ( /2 + 1) но опыт пока зывает, что этот момент ровно вдвое больше данной величины. Это расхождение пока не удается просто объяснить оно обусловлено, по-видимому, природой электрона. Выражение для спинового магнитного момента записывается поэтому в виде l/ s (s -Н 1) Величина g называется гиромагнитным отношением, или фактором Ланде она равна единице для орбитального момента и приблизительно 2 (точнее 2,00023) для спинового момента. [c.49] Полный магнитный момент атома, иона или молекулы можно найти, складывая по известным правилам орбитальные и спиновые моменты всех имеющихся электронов. По причинам, которые здесь не рассматриваются, орбитальные моменты обычно либо компенсируют друг друга, либо погашаются возмущающими влияниями соседних атомов. Аналогично спиновые моменты всех спаренных электронов также взаимно компенсируются. Поэтому, для того чтобы атомы, молекулы или ионы данного вещества обладали постоянными магнитными моментами, они должны содержать неспаренные электроны. Для л неспаренных электронов полный угловой момент оказывается равным )/л/2 ( /2 + 1) /г/2я, так что магнитный момент равен g ]/и/2 (га/2 -f- 1) или /га (га + 2) если принять g равным 2. Такие вещества называются парамагнитными. [c.49] Возможные ориентации электрона в магнитном поле. [c.50] Магнитный момент парамагнитного вещества можно пайти, измеряя зависимость восприимчивости от температуры. Обычно, однако, в измеренные значения восприимчивости вносят поправку на вклад от диамагнетизма, используя табулированные значения восприимчивостей атомов, и таким путем прямо находят магнитный момент. Методы измерения магнитных восприимчивостей будут рассмотрены в гл. 13. [c.53] В большинстве ковалентных молекул имеется четное число электронов, причем все они спарены. То же самое наблюдается в большинстве анионов и во всех катионах с конфигурацией инертных газов. Поэтому соединения, состоящие из таких ионов или молекул, диамагнитны. Единственными простыми нечетными молекулами являются N0, МОа и СЮз , они, естественно, парамагнитны. Иначе обстоит дело в случае переходных элементов (см. стр. 62). У катионов переходных металлов -орбит обычно имеется больше, чем требуется для размещения всех их -электронов, и поэтому возмол ны различные размещения. В случае иона окисного железа (стр. 47) возможны размещения, соответствующие сохранению одного, трех или пяти неспаренных электронов. Действительно, простые соединения окисного железа оказываются парамагнитными, и в большинстве случаев измеренные значения восприимчивости согласуются с вычисленными для пяти неспаренных электронов. У других ионов переходных металлов измеренные парамагнитные моменты обычно указывают ка то, что число неспаренных электронов отвечает, как и в случае иона окисного железа, максимально возможному. [c.54] Этот факт является примером общего правила, установленного впервые в явно.м виде Гундом. Короче говоря, правило Гунда постулирует, что, если только возможно, электроны в атомах стремятся оставаться неспаренными. Причина состоит в том, что два электрона, находящиеся на одной и той же орбите, неизбежно проводят большую часть времени сравнительно более близко друг от друга, чем два электрона на разных орбитах. Следовательно, энергия электростатического отталкивания в первом случае больше, чем во втором. Конечно, электроны не могут занимать орбиты по одному, если не имеется достаточного числа орбит с низкой энергией. Если бы ион окисного железа имел более пяти неспаренных электронов, некоторые из них должны были бы занимать более высокие орбиты. [c.54] Детальное исследование атомных спектров дает дальнейшие многочисленные подтверждения правила Гунда. [c.55] Энергии ионизации первых двенадцати элементов. [c.55] Химические свойства марганца и железа показывают, что Мп и Ре значительно стабильнее других валентных состояний этих металлов в отличие от того, что можно было бы ожидать на основании их положения в первом переходном периоде. Это несомненно связано с отмеченной выше устойчивостью конфигурации 3 , осуществляющейся у обоих ионов. Дальнейшие примеры проявления этого правила будут упомянуты на стр. 63 в связи с редкоземельными элементами. В гл. 4 также будет часто использовано правило Гунда при рассмотрении ковалентности. [c.56] Вернуться к основной статье