Paramagnetismo

O paramagnetismo consiste na tendência que os dipolos magnéticos atômicos têm de se alinharem paralelamente com um campo magnético externo. Este efeito ocorre devido ao spin mecânico-quântico, assim como o momento angular orbital dos elétrons. Caso estes dipolos magnéticos estejam fortemente unidos então o fenômeno poderá ser o ferromagnetismo ou o ferrimagnetismo.

Este alinhamento dos dipolos magnéticos atômicos tende a se fortalecer e é descrito por uma permeabilidade magnética relativa maior do que a sua unidade (ou, equivalentemente, uma susceptibilidade magnética positiva e pequena).

O paramagnetismo requer que os átomos possuam, individualmente, dipolos magnéticos permanentes, mesmo sem um campo aplicado, o que geralmente implica um átomo desemparelhado com os orbitais atômicos ou moleculares.

No paramagnetismo puro, estes dipolos atômicos não interagem uns com os outros e são orientados aleatoriamente na ausência de um campo externo, tendo como resultado um momento líquido zero. No caso de existir uma interação, então podem espontaneamente se alinhar ou antialinhar-se, tendo como resultado o ferromagnetismo ou o antiferromagnetismo, respectivamente. O comportamento paramagnético pode também ser observado nos materiais ferromagnéticos que estão acima da temperatura de Curie, e nos antiferromagnéticos acima da temperatura de Néel.

Em átomos sem dipolo magnético, um momento magnético pode ser induzido em uma direção anti-pararela a um campo aplicado, este efeito é chamado de diamagnetismo. Os materiais paramagnéticos podem também exibir o diamagnetismo, mas tipicamente com valores fracos.

Os materiais paramagnéticos em campos magnéticos sofrem o mesmo tipo de atração e repulsão que os ímãs normais, mas quando o campo é removido o movimento Browniano rompe o alinhamento magnético. No geral os efeitos paramagnéticos são pequenos (susceptibilidade magnética na ordem entre 10-3 e 10-5).

Lei de Curie

Sob baixos campos magnéticos, os materiais paramagnéticos exibem a magnetização na mesma direção do campo externo, e de acordo com a lei de Curie:

${\displaystyle \mathbf {M_{R}} =C\cdot {\frac {\mathbf {B} }{T}}}$

onde:

M_R é a magnetização resultante;

B é a densidade do fluxo magnético do campo aplicado, medido em tesla;

T é a temperatura absoluta, medida em kelvin;

C é uma constante específica de cada material (sua Constante de Curie).

Esta lei indica que os materiais paramagnéticos tendem a se tornar cada vez mais magnéticos enquanto o campo magnético aumentar, e cada vez menos magnéticos ao aumentar a temperatura. A lei de Curie é incompleta, pois não prediz a saturação que ocorre quando a maioria dos dipolos magnéticos estão alinhados, pois a magnetização será a máxima possível, e não crescerá mais, independentemente de aumentar o campo magnético ou diminuir-se a temperatura.

Materiais paramagnéticos

• Sódio Na [11] (metal alcalino)
• Magnésio Mg [12] (metal alcalino-terroso)
• Cálcio Ca [20] (metal alcalino-terroso)
• Estrôncio Sr [38] (metal alcalino-terroso)
• Bário Ba [56] (metal alcalino-terroso)
• Alumínio Al [13] (metal terroso) É o material paramagnético preferido para aplicações em catapultas eletromagnéticas lunares, utilizando rególito como minério.
• Oxigênio O [8] (ametal calcogênio) Na forma líquida.
• Tecnécio Tc [43] (metal de transição externa) (elemento artificial)
• Platina Pt [78] (metal de transição externa) (metal nobre)
• Urânio U [92] (metal de transição interna) (actinídeo)
• Óxido Nítrico NO [15] (composto gasoso da categoria dos monóxidos)

Ilustrações de prova do paramagnetismo

Pequenos imãs na ausência de um campo magnético

Pequenos imãs sob um campo magnético fraco

Pequenos imãs sob um campo magnético forte

Ver também

• Pierre Curie.

Referências

• Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics (Wiley: New York, 1996).
• Neil W. Ashcroft and N. David Mermin, Solid State Physics (Harcourt: Orlando, 1976).
• John David Jackson, Classical Electrodynamics (Wiley: New York, 1999)..

Ligações externas

• Classificação de materiais magnéticos (em inglês) Mantida pelo Applied Alloy Chemistry Group da Universidade de Birmingham.