Парамагнітними є частинки (атоми, молекули, іони, електрони і т. д.), що володіють постійним магнітним моментом. Магнітний момент - це вектор, що характеризує магнітне поле частинки. Магнітний момент ча-стпцы полягає гл. обр. з орбітального і спино-. вого магнітних момен-''*' тов. Орбітальний момент обумовлений рухом електронів навкруги атомних ядер. Напрям вектора орбітального моменту визначається правий механічний вилом буравчика (мал. 1). (М) і магнітний (д) Величина магнітного мо-моменти р-электоо-

на. Напрям ц меята Пропорційна визначається механічному моменту струмом І. (моменту кількості руху) електрона: М = mavr, де т0- *Масса, v - швидкість, /* - радіус орбіти електрона. Напрям вектора механічного моменту протилежний магнітному. Механічний і магнітний моменти згідно законам квантової механіки можуть мати тільки нек-рые цілком певні значення, або, як то кажуть, квантуються. Механічний (М) і магнітний (і.) моменти кожного електрона, що знаходиться в оболонці номера п атома, мають величину, що характеризується цілим числом I (орбітальним квантовим числом) від 0 до п-1, згідно формулам:

М=тЈг Vl(l+i), ,j.=3 ТТн+Т).

Мал.

Тут h - постійна Планка (див. Квантова теорія), а постійна величина

p = -*-=9,27.10-»JE.

4ятс гаус

називається магнетоном Злодія (е - заряд електрона, з - швидкість світла).

Електрон має також механічний момент - спин, пов'язаний з обертанням електрона біля власної осі. Вектор спину електрона має завжди

^ _ одну абсолютну величину МСП = --1 3 , соот-

4я

1

ветствующую квантовому числу спину s=-.

Напрями спину і магнітного моменту спину біля різних електронів можуть бути неоднакові. Величина результуючого магнітного моменту, обумовленого орбітальним і спином рухом електрона, характеризується внутрішнім квантовим числом j згідно формулі:

H=gpl\/(/+1).

При цьому } приймає значення l±s, відповідні геометричній сумі векторів орбітального і спину моментів. Для багатоелектронних атомів (молекул) береться результуюче Ї і s для всіх електронів.Множник g називається чинником спектроскопічного розщеплювання g = 2, коли магнітний момент обумовлений тільки спином електрона. В інших випадках g має величину від 1 до декілька одиниць, що може бути обумовлене наявністю біля частинок ще орбітального моменту, а також взаємодією між частинками.

Електрони в оболонках атомів або молекул мають тенденцію орієнтувати спини так, щоб біля кожної пари електронів вони були протилежні (спарені) і компенсували один одного. Якщо сумарний спин електронів рівний нулю, то, як правило, повний орбітальний момент електронів теж рівний нулю. Тому багато молекул, атоми і іони не мають результуючого магнітного моменту (Н,0, інертні гази, ноны СІ", Na+ і т. д.). Такі частинки називаються дна магніт н ьг м і. Парамагнітні частинки володіють або орбітального моментом спину, що не компенсується. До них відносяться: вільні електрони, атоми елементів з незаповненими внутрішніми оболонками, нек-рые іони (наприклад, Mn2 +, Fe3+), вільні радикали, що містять неспарені електрони, тобто мають обірвані валентні зв'язки.

Магнітні моменти частинок поводяться як магнітні стрілки. У відсутність зовнішнього магнітного поля магнітні моменти орієнтовані безладно. При дії магнітного поля магнітні моменти орієнтуються переважно у напрямі поля. Проте повному орієнтуванню заважають зіткнення частинок унаслідок теплового руху. При орієнтуванні під дією поля магнітні моменти можуть розташовуватися тільки під певним кутом до напряму поля (просторове квантування). Можливі кути, при к-рых проекція вектора магнітного моменту на напрям поля Др, виражена в частках gp (магнітне квантове число т), приймає всі значення від -j ДО+г, відмінні на одиницю. Т. о., цн=т#р. У разі, коли магнітний момент частинки обумовлений спином одного електрона (g=2 ! = 0, j = s=Y2), можливі лише дві проекції магнітного моменту: по полю (m=V=) і проти поля (т= - '/г) - За наявності тільки орбітального моменту, "напр, з !=.?' = 2 (s=0, g=i), можливі п'ять проекцій: т=0 ±1 ±2 (мал. 2, би, г). Різному орієнтуванню магнітного моменту відповідає різна додаткова енергія Е, що придбавалася частинкою в магнітному полі з напруженістю Н Ј=ц H=mg$H. Тому замість одного полягання з певною енергією (рівнем енергії) у відсутність магнітного поля, при дії поля можливі декілька полягань з різною енергією, визначуваною значенням т (орієнтуванням моменту). Як то кажуть, відбувається розщеплювання колишнього рівня на 2j'+l підрівнів, відмінних по енергії на ЬЕ-gftH (мал. 2, а, в), причому більшість парамагнітних частинок має якнайменшу енергію #@:.

Явище Е. п. р. полягає в переході частинок (за допомогою переорієнтації) з полягання з меншою енергією в полягання з більшою енергією

під дією магнітної складової електромагнітного поля. Воно можливе тільки при частоті електромагнітного випромінювання, для к-рой поглинальний частинкою квант енергії рівний ЛЕ, тобто за умови h\=g$H або після підстановки постійних Біля =1,4 gH Мгц (I Мгц=Ю" гц). Вимірюючи енергію випромінювання, поглинену парамагнітними частинками, можна судити про їх кількість. Для того, що використовується в стандартних установках випромінювання фіксованої частоти Y=104 Мгц, що відповідає трехсантн.метровым

'к

Мал. 2. Дія магнітного поля: зліва - на частинку з моментом спину, справа - на частинку з орбітальним моментом; а і а - розщеплювання рівня енергії частинки в магнітному полі; б і г - орієнтування магнітного моменту.

радіохвилям. Е. п. р. частинок з моментами спинів tg=^'l} наОлк.'дается при магнітних аогшх біля .Н -dbuu ерстед.

Установка для нагляду Е. п. р. в твердих п рідких тілах зображена на мал. 3. Сильне однорідне магнітне поле створюється між полюсами електромагніту. В зазорі