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2003 物理化学 II - １０章
10. 磁性

10.1 磁化率

図 10.1 Gouy 天秤
  磁化 M : 単位体積あたりの平均磁気双極子モーメント
    (10.1)
  : 体積磁化率 [-], H : 磁場 [A m-1]
  モル磁化率
    (10.2)
  Vm : モル体積 [m3 mol-1]
  磁束密度
    (10.3)
  0 : 真空の透磁率 = 4 10-7 H m-1

  常磁性 : > 0
  反磁性 : < 0
  cf.) Gouy 天秤

ミクロな量との関係

    (10.4)
  N : 数密度, m : 分子の永久磁気双極子モーメント, : 分子の磁気分極率
  N Vm = NA であるから
    (10.5)
  cf.) Debye の式   (9.10)
  cf.) = Curie の法則

10.2 永久磁気モーメント

  不対電子スピン由来の磁気モーメント
    (10.6)
  S : 合成電子スピン量子数, ge : 電子の g 値 = 2.002319 ...
  B : ボーア磁子
    (10.7)
  電子スピンによるモル磁化率
    (10.8)
  (10.6), (10.8) スピンオンリー式
(磁気モーメントには電子の軌道角運動量からの寄与もある)
図 10.2 強磁性・反強磁性

  [強磁性・反強磁性]

    常磁性固体 低温
    ・スピンの平行配向 : 強磁性(相) ... 永久磁石
    ・　〃　反平行配向 : 反強磁性(相)

10.3 誘起磁気モーメント

 ・磁場に誘起される循環電流は反磁性 S = 0 の分子は殆ど反磁性
 ・S > 0 の分子は "温度に依存する" 常磁性

  [軌道常磁性]
    低い LUMO を持つ S = 0 の分子 軌道常磁性
  = TIP (温度に依存しない常磁性, Temperature-Independent Paramagnetism)
LUMO を電子が逆に回る 常磁性電流
例題 10.1
  [Mn(NCS)6]4- 錯体の Mn は５つの不対電子をもつ。 磁気モーメントを B 単位で予想せよ。
(解) S = (1/2) 5 = 2.5 = 2.0023 (2.53.5)1/2 B = 5.92 B
問題 10.1
  気体 O2 は常磁性を示し、 293 K におけるモル磁化率は 4.33 10-8 m3 mol-1 である。 常磁性は主に電子スピンによると仮定して、 気体 O2 のスピン量子数と不対電子数を推定せよ。
  ただし、 [K m3 mol-1] である。