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O que é paramagnetismo? Como ele afeta a matéria ao nosso redor?
Paramatismo é um fenômeno magnético especial. Sob a influência de um campo magnético externo, algumas substâncias terão uma atração fraca e formarão um campo magnético interno com a mesma direção do campo magnético externo. Em contraste, materiais diamagnéticos são repelidos por campos magnéticos e criam um campo magnético que está na direção oposta ao campo externo.
Materiais paramagnéticos incluem a maioria dos elementos químicos e alguns compostos e têm uma permeabilidade magnética relativa ligeiramente maior que 1, o que significa que são atraídos por campos magnéticos.
O momento magnético desses materiais paramagnéticos será induzido quando submetidos a um campo magnético externo, e essa indução está linearmente relacionada à intensidade do campo magnético. Entretanto, esse efeito geralmente é muito fraco e muitas vezes requer uma balança analítica altamente sensível para ser detectado. A fonte do paramagnetismo são principalmente os elétrons desemparelhados presentes no material, então a maioria dos átomos com orbitais eletrônicos incompletos exibem paramagnetismo, mas algumas exceções, como o cobre, existem.
Elétrons desemparelhados têm um momento de dipolo magnético devido ao seu spin, agindo como pequenos ímãs. O campo magnético externo faz com que os spins desses elétrons se alinhem com a direção do campo magnético, criando uma rede de forças atrativas.
Materiais paramagnéticos comuns incluem alumínio, oxigênio, titânio e óxido de ferro (FeO). Existe uma regra prática simples em química: se todos os elétrons em um material estão pareados, então o material é diamagnético; se houver elétrons desemparelhados, então ele é paramagnético. Ao contrário dos materiais ferromagnéticos, os materiais paramagnéticos não retêm nenhuma magnetização depois que o campo magnético externo é removido porque o movimento térmico randomiza a orientação do spin. Mesmo quando um campo magnético é aplicado, a magnetização induzida é extremamente pequena porque apenas uma pequena fração dos spins está alinhada na direção do campo externo.
Efeitos do Spin Eletrônico
Materiais paramagnéticos consistem em átomos ou moléculas que desenvolvem momentos magnéticos permanentes (dipolos) na presença de um campo magnético externo, que existem mesmo na ausência de um campo magnético aplicado. Quando um campo magnético é aplicado, esses dipolos tendem a se alinhar com o campo externo, formando um momento magnético resultante.
No paramagnetismo puro, esses dipolos não interagem entre si e são orientados aleatoriamente na ausência de um campo magnético externo, resultando em um momento magnético total de zero.
Quando um campo magnético externo é aplicado, os spins se alinham de modo que o momento magnético resultante aponta na direção do campo magnético externo. Isso pode ser entendido através do efeito de torque na física clássica, mas sua causa real precisa ser explicada através da mecânica quântica.
Correlação entre manifestações macroscópicas e microestrutura
Até mesmo alguns materiais ferromagnéticos exibem paramagnetismo acima da temperatura de Curie, quando a energia térmica disponível excede a energia de interação entre os spins, e assim se comportam como materiais paramagnéticos normais. Em geral, os efeitos paramagnéticos são relativamente pequenos, com a maioria das suscetibilidades na faixa de 10^-3 a 10^-5, mas alguns materiais sintéticos, como ferrofluidos, podem ter suscetibilidades tão altas quanto 10^-1.
Em materiais condutores, os elétrons são deslocalizados, o que significa que eles podem se mover livremente pelo sólido. O surgimento desse fenômeno permite que propriedades paramagnéticas e diamagnéticas existam simultaneamente nesses materiais.
Na maioria dos casos, os elétrons dos metais do tipo s e p exibem paramagnetismo fraco ou propriedades diamagnéticas, com as propriedades diamagnéticas geralmente superando os efeitos do paramagnetismo em metais como o ouro. Em contraste, elétrons do tipo d e f frequentemente exibem efeitos magnéticos mais fortes, especialmente o último, porque eles geralmente são altamente localizados e podem transportar até sete elétrons desemparelhados. Por exemplo, o érbio (Gd) é usado na tecnologia de ressonância magnética devido às suas altas propriedades de indução magnética.
Discussão sobre base teórica
A base teórica do paramagnetismo pode ser encontrada na mecânica quântica, especialmente no teorema de Bohr-van Leeuwen, que afirma que não haverá diamagnetismo ou paramagnetismo em um sistema puramente clássico. Em condições de baixa magnetização, o comportamento de magnetização de materiais paramagnéticos segue a lei de Curie, ou seja, sua magnetização aumenta com a diminuição da temperatura.
Esta lei afirma que a suscetibilidade magnética de um material é inversamente proporcional à sua temperatura, o que significa que um material se torna mais magnético em temperaturas mais baixas.
Então, considerando o paramagnetismo e as propriedades dos materiais em nossa vida cotidiana, isso nos dá um nível mais profundo de compreensão do nosso entorno?
