Fisica General Burbano

ÁTOMOS CON MÁS DE UN ELECTRÓN 685
mitir electrones en la capa n – 2 teniendo ya dos en la n. Hay también en este período 10 elementos
de transición.
El período séptimo empieza con el francio y el radio, de estructuras externas 7s 1 y 7s 2 ; continúa
con el actinio y los actínidos, del torio al laurencio, que son de transición interna, y concluye por el
momento con el meitnerio de número atómico 109.
El sistema periódico constituye una base fundamental para el estudio de las propiedades de los
elementos; la periodicidad de las propiedades químicas se basa en que los elementos de una misma
columna tienen la misma configuración electrónica externa.
PROBLEMAS: 30al 36.
XXVIII – 18. Propiedades magnéticas de los átomos
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Como se ha visto en el capítulo XXI, al aplicar un campo magnético a una sustancia se produce
en ella un campo que se superpone al exterior. Este campo inducido se caracteriza con el vector
imanación o magnetización M, relacionado con el campo exterior a través de la susceptibilidad
magnética: M = cH. Los valores negativos o positivos de la susceptibilidad caracterizaban las propiedades
diamagnéticas, paramagnéticas o ferromagnéticas de un material. Podemos enunciar
ahora que estas propiedades se deben a los momentos orbitales de los electrones y a su spin.
Si, como hemos venido haciendo hasta ahora, consideramos la órbita electrónica como un pequeño
lazo de corriente, la ley de Lenz nos permite afirmar que al aplicar a un material un campo
magnético exterior, la fuerza electromotriz inducida en cada órbita se opone al campo exterior, de
forma que el campo neto en un punto del interior del material debería ser menor que en el mismo
punto en ausencia de material, la susceptibilidad resultaría negativa. Este comportamiento, a pesar
de ser general para todo tipo de sustancias, se manifiesta solamente en algunos materiales, llamados
DIAMAGNÉTICOS, por ejemplo: los gases nobles y algunos metales como cinc o mercurio. En
ellos los subniveles electrónicos están completos con lo que los momentos magnéticos orbitales y
de spin están compensados y el átomo presenta un momento magnético nulo; el único efecto del
campo exterior es el ya comentado.
En algunos materiales el diamagnetismo es enmascarado por un efecto mayor y de signo
opuesto, el PARAMAGNETISMO, para el que la susceptibilidad resulta positiva. El comportamiento paramagnético
lo presentan materiales cuyos átomos tienen momento magnético m no nulo, por
ejemplo algunos átomos con un número impar de electrones, como el aluminio. Si el spin resultante
no es cero el átomo se comporta como un pequeño imán; en ausencia de campo magnético
exterior los momentos individuales están orientados completamente al azar por efecto de la agitación
térmica (Fig. XXVIII-21-1), pero la aplicación de un campo B produce una alineación parcial de
los momentos que da como resultado un campo interior mayor que el aplicado (Fig. XXVIII-21-2).
Si el campo B se hace cada vez más intenso o se disminuye la temperatura para aminorar la agitación
de los átomos, se llega a la total alineación de los momentos con el campo exterior, alcanzándose
la condición de saturación, a partir de la cual un posterior aumento de B no incrementa
la imanación del material (Fig. XXVIII-21-3).
Las sustancias en las que el campo interno es mucho mayor (centenares o millares de veces)
que el campo externo que lo provoca, se denominan FERROMAGNÉTICAS. El ferromagnetismo es una
propiedad colectiva de la red cristalina de algunos sólidos, y no de los átomos o moléculas individuales;
no obstante solo pueden ser ferromagnéticas sustancias compuestas en todo o en parte por
átomos paramagnéticos. Las interacciones entre momentos magnéticos dan lugar a efectos colectivos
que producen orientaciones comunes de un conjunto de momentos, incluso en campos débiles.
La interpretación del ferromagnetismo en función de los DOMINIOS MAGNÉTICOS puede leerse en
la cuestión XXI-41. A temperatura ordinaria son ferromagnéticos el hierro, cobalto y níquel que
tienen el subnivel 3d incompleto, el gadolinio con el subnivel 4f sin llenar, algunas aleaciones especiales,
tales como la de Heusler, de cobre, manganeso y aluminio, y las ferritas, que son del tipo
MO + Fe 2
O 3
, donde M es un metal bivalente.
Si los momentos magnéticos de átomos contiguos en la red cristalina son iguales y en ausencia
de campo exterior se encuentran orientados en sentido opuesto (Fig. XXVIII-22), la imanación total
es nula y el cuerpo se llama ANTIFERROMAGNÉTICO; por ejemplo: FeO, Mn Fe 2
. En este caso la red
cristalina se puede considerar compuesta de dos subredes de imanación opuesta.
Cuando la imanación de ambas subredes es diferente, por constar de átomos muy distintos o
de distinto número de ellos, existe una magnetización espontánea del cristal y la sustancia se denomina
FERRIMAGNÉTICA. Las ferritas son compuestos de este tipo, y entre ellas la magnetita
FeO – Fe 2
O 3
, que fue el primer ferromagnético conocido.
El comportamiento ferromagnético se manifiesta solamente por debajo de una temperatura característica
de cada sustancia (temperatura de Curie para los ferromagnéticos y de Néel para los
antiferromagnéticos); por encima de ella prevalece la agitación térmica sobre la alineación de momentos
magnéticos y el cuerpo presenta comportamiento paramagnético.
Fig. XXVIII-21.– 1. En ausencia de
→
B exterior la imanación total es cero
debido a la agitación térmica. 2. El
→
campo B tiende a alinear los momen-
→
tos magnéticos. 3 Para B intenso y
temperaturas bajas se llega a la satu-
ración.
Fig. XXVIII-22.– En un anatiferromagnético
los momentos opuestos
dan imanación total nula.