Курсовая, контрольная работа. Примеры выполнения

Парамагнетизм в кристаллах

    Если кристалл состоит из атомов, не имеющих недостроенные внутренние оболочки, то внутренние оболочки слабо подвержены влиянию соседних атомов решетки. Эти оболочки в этом случае, в основном, проявляет только диамагнитные свойства. Если в неметаллическом кристалле имеются атомы с частично заполненными внутренними оболочками, то вещество представляет собой парамагнетик. Однако магнитный момент кристалла может отличаться от суммы моментов всех входящих в него свободных атомов.
    Ван Флек предложил следующую классификацию кристаллических неметаллических парамагнетиков:

1. Кристаллы со слабой межионной связью. В этом случае парамагнитный момент равен сумме моментов свободных атомов. Это имеет место во многих солях редкоземельных атомов.
2. Кристаллы с “замороженными” орбитальными моментами за счет сильного межатомного взаимодействия. Такая ситуция наблюдается в большинстве солей металлов переходной группы железа.
3. Кристаллы с “замороженными” орбитальными и спиновыми моментами. Очень сильное внутреннее магнитное поле реализуется в солях переходных металлов группы платины и группы паладия.

Парамагнетизм редкоземельных ионов. Закон Кюри ~1/T хорошо выполняется для редкоземельных (РЗ-х) ионов, содержащих частично заполненные оболочки, в диэлектрических кристаллах. РЗ-ионы имеют очень похожие хим. свойства. Ионы имеют валентность = 3 и их внешние оболочки имеют конфигурацию 5s²5p⁶ как и нейтральный Xe. В предшествующем La 4f-оболочки не заполнены, а в Ce³⁺- 4f¹ и далее число 4f-электронов возрастает непрерывно в группе, достигая 4f¹³ в иттербии,Yb³⁺ и заполняя оболочку в Lu³⁺ 4f¹⁴. Радиусы 3⁺ ионов плавно варьируются от 1.11A⁰(Ce³⁺) до 0.94A⁰(Yb³⁺) - "сжатие лантаноидов". Число электронов на внутренней 4f-оболочке с радиусом 0.3А отличает один лантаноид от другого. В металлическом состоянии 4f электроны сохраняют свою конфигурацию и атомные свойства.
    (2J + 1)-кратное вырождение снимается в магнитном поле. Согласно закону Кюри-Бриллюэна (12.55)

где

- эффективное число магнетонов Бора

Ce³⁺     4f²5s²p^{6     2}F(L = 3)_5/2     p(теор) = 2.54,     р(эксп)=2.4;
Pr³⁺      4f²5s²p^{6     3}H(L = 4)₄       р(теор) = 3.58,      р(эксп)=3.5.

Однако имеется достаточно большое расхождение для некоторых РЗ элементов

Sm³⁺     4f⁵5s²p⁶      6H_5/2            р(теор) = 0.84,        р(эксп) =1.5;
Pr³⁺      4f⁶5s²p⁶      7F₀                р(теор) = 0,             р(эксп) =3.4

    Расхождение показывает, что необходимо учитывать влияние более высоких уровней L-S мультиплета, поскольку расстояние между мультиплетными уровнями оказывается не очень большим по сравнению с k_BT при к.Т. В результате при данных L и S возбуждаются состояния с различными J, которые перемешиваются.

На главную сайта Dvoika.net