抗磁性是所有各種形式的物質(zhì)所共有的一種性質(zhì)。所有的物質(zhì)至少都含有一些在閉合殼層上的電子。在閉合殼層上,各個(gè)電子的電子-自旋磁矩和軌道磁矩彼此抵消,所以沒有凈的磁矩。然而,當(dāng)把一個(gè)原子或分子置于磁場(chǎng)中時(shí),一個(gè)正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度的小磁矩就被誘導(dǎo)產(chǎn)生。電子自旋與這個(gè)誘導(dǎo)磁矩?zé)o關(guān);它們?nèi)匀皇欠雌叫械某蓪?duì)牢固地偶合在一起。但是軌道平面被稍微扭斜,因而產(chǎn)生出一個(gè)與所用磁場(chǎng)反向的小的凈軌道磁矩。就是因?yàn)檫@個(gè)反向的磁矩,抗磁性物質(zhì)受到從磁場(chǎng)中向外排斥的作用。
甚至具有永久磁矩的一個(gè)原子,當(dāng)放入一個(gè)磁場(chǎng)中時(shí),僅僅只要這個(gè)原子有一個(gè)或更多的電子閉合殼層,就會(huì)有與順磁性反向的抗磁性行為發(fā)生。因此,測(cè)量的凈的順磁性要比真正的順磁性稍低,因?yàn)楹笳哂幸徊糠忠驯豢勾判?ldquo;抵消”。
因?yàn)榭勾判酝ǔ1软槾判缘蛶讉€(gè)數(shù)量級(jí),所以含有未成對(duì)電子的物質(zhì)幾乎總是具有凈的順磁性。當(dāng)然,一個(gè)順磁性離子在一個(gè)抗磁性溶劑(例如水)中的很稀的溶液,因?yàn)槠渲锌勾判晕锓N對(duì)順磁性物種的比率很大,因而可能是抗磁性的??勾判缘牧硪粋€(gè)重要特征是它的大小不隨溫度變化。這是因?yàn)檎T導(dǎo)的磁矩只依賴于在閉合殼層中的軌道的大小和形狀,而這些是與溫度無(wú)關(guān)的。
磁化率
對(duì)磁矩的測(cè)量值的恰當(dāng)?shù)慕忉尶梢缘玫?a href="http://f670.cn/">化學(xué)上有用的信息。但是,磁矩并不是直接測(cè)量的,而是測(cè)量一個(gè)材料的磁化率,由此可以計(jì)算其中的順磁性離子或原子的磁矩。
磁化率是以如下方式定義的。如果把一個(gè)樣品放在強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)中,在物質(zhì)內(nèi)部的磁通量B由下式給出:
B=H+4πI (19-5)
I稱為磁化強(qiáng)度。比率B/H稱為該物質(zhì)的磁導(dǎo)率,它由下式給出:
B/H=1+4π(I/H)=1+4πK (19-6)
K稱為單位體積的磁化率,或簡(jiǎn)稱體積磁化率。方程(19-6)的物理意義是容易理解的。磁導(dǎo)率B/H是通過樣品內(nèi)部的磁力線的密度與沒有樣品存在時(shí)在相同區(qū)城里磁力線的密度之比。因此真空的體積磁化率定義為零,因?yàn)檎婵盏腂/H=1。抗磁性物質(zhì)的磁化率為負(fù)值,因?yàn)橛烧T導(dǎo)偶極而來(lái)的磁力線抵消了一些所用磁場(chǎng)的磁力線。對(duì)于順磁性物質(zhì),在物質(zhì)內(nèi)部的磁通量大于流過真空的磁通量,因此順磁性物質(zhì)具有正的磁化率。
測(cè)量磁化率有多種方法,所有這些方法都有賴于當(dāng)把樣品放置于一個(gè)非均勻的磁場(chǎng)中,對(duì)作用于樣品上的力的測(cè)量。順磁性愈大的物體,愈強(qiáng)地被拉向強(qiáng)磁場(chǎng)部份。