Avainero paramagneettisten ja diamagneettisten materiaalien välillä on, että paramagneettiset materiaalit houkuttelevat ulkoisia magneettikenttiä, kun taas diamagneettiset materiaalit hylkivät magneettikenttiä.
Materiaaleilla on yleensä heikkoja magneettisia ominaisuuksia ulkoisen magneettikentän läsnäollessa. Jotkut materiaalit vetäytyvät ulkoiseen magneettikenttään, kun taas jotkut hylkivät sitä. Tämän magneettisen käyttäytymisen eron vuoksi voimme luokitella alkuaineet ja yhdisteet kahteen tyyppiin, nimittäin paramagneettisiin ja diamagneettisiin. Materiaalit, jotka houkuttelevat ulkoisia magneettikenttiä, ovat paramagneettisia materiaaleja. Toisa alta materiaalit, jotka hylkivät ulkoisia magneettikenttiä, ovat diamagneettisia materiaaleja.
Mikä on paramagneettinen?
Paramagnetismi johtuu parittomien elektronien läsnäolosta järjestelmässä. Jokaisella elementillä on eri määrä elektroneja, ja se määrittelee sen kemiallisen luonteen. Sen mukaan, kuinka nämä elektronit täyttävät vastaavan atomin ytimen ympärillä olevat energiatasot, jotkut elektronit pysyvät parittomina. Nämä parittomat elektronit toimivat kuin pieniä magneetteja, jotka aiheuttavat magneettisia ominaisuuksia ulkoisesti käytetyn magneettikentän vaikutuksesta. Itse asiassa näiden elektronien spin aiheuttaa magnetismin.
Paramagneettisilla materiaaleilla on pysyviä dipolimagneettisia momentteja, jotka johtuvat parittomien elektronien spinistä myös ulkoisen magneettikentän puuttuessa. Mutta nämä dipolit suuntautuvat satunnaisesti lämpöliikkeen vuoksi, mikä antaa nollan nettodipolin magneettisen momentin. Kun käytämme ulkoista magneettikenttää, dipolit pyrkivät kohdistumaan käytetyn magneettikentän suuntaan, mikä johtaa dipolin nettomagneettiseen momenttiin. Siksi paramagneettiset materiaalit houkuttelevat hieman ulkoista magneettikenttää. Mutta materiaali ei säilytä magneettisia ominaisuuksia, kun poistamme ulkoisen kentän. Vain pieni indusoitu magnetointi synnyttää jopa ulkoisen magneettikentän läsnä ollessa. Tämä johtuu siitä, että vain pieni osa spinistä suuntautuu ulkoiseen magneettikenttään. Myös tämä murto-osa on suoraan verrannollinen luodun kentän voimakkuuteen.
Kuva 01: Paramagneettisten ja diamagneettisten materiaalien elektronijärjestely
Yleensä mitä suurempi on parittomia elektroneja, sitä suurempi on paramagneettinen käyttäytyminen ja suurempi luodun kentän voimakkuus. Siksi siirtymä- ja sisäsiirtymämetallit osoittavat voimakkaampia magneettisia vaikutuksia "d"- ja "f"-elektronien lokalisoinnista ja myös useiden parittomien elektronien läsnäolon vuoksi. Joitakin yleisesti tunnettuja paramagneettisia alkuaineita ovat magnesium, molybdeeni, litium ja tantaali. On myös vahvempia synteettisiä paramagneetteja, kuten "ferronesteitä".
Mikä on diamagneettinen?
Joillakin materiaaleilla on taipumus hylätä magneettista käyttäytymistä, kun ne joutuvat kosketuksiin ulkoisen magneettikentän kanssa. Nämä ovat diamagneettisia materiaaleja. Ne luovat magneettikenttiä, jotka ovat vastakkaisia ulkoisen magneettikentän suunnassa ja osoittavat siten hylkivää käyttäytymistä. Yleensä kaikilla materiaaleilla on diamagneettiset ominaisuudet, mikä vaikuttaa heikosti materiaalin magneettiseen käyttäytymiseen, kun ne altistetaan ulkoiselle magneettikentälle. Mutta materiaaleissa, joilla on muita magneettisia ominaisuuksia, kuten paramagnetismi ja ferromagnetismi, diamagnetismin vaikutus on mitätön. Sen heikon magneettisen ominaisuuden vuoksi diamagnetismin vaikutuksia on vaikea havaita. "Vismutti" toimii vahvana diamagneettina.
Mitä eroa on paramagneettisella ja diamagneettisella?
Termi paramagneettinen viittaa materiaalin vetovoimaan ulkoiseen magneettikenttään, kun taas termi diamagneettinen viittaa materiaalin hylkimiseen ulkoisesta magneettikentästä. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että paramagneettisissa materiaaleissa on parittomia elektroneja, kun taas diamagneettisissa materiaaleissa ei ole parittomia elektroneja. Tämä on perustavanlaatuinen ero paramagneettisten ja diamagneettisten materiaalien välillä.
Toinen tärkeä ero paramagneettisten ja diamagneettisten materiaalien välillä on, että paramagneettisten materiaalien luoma magneettikenttä on ulkoisen magneettikentän suunnassa, kun taas diamagneettisten materiaalien luoma magneettikenttä on vastakkaisessa suunnassa ulkoisen magneettikentän suuntaan.
Alla oleva infografiikka näyttää vertailuyhteenvedon paramagneettisten ja diamagneettisten materiaalien eroista.
Yhteenveto – paramagneettinen vs diamagneettinen
Voimme jakaa materiaalit kolmeen päätyyppiin niiden magneettisten ominaisuuksien mukaan; ne ovat diamagneettisia, paramagneettisia ja ferromagneettisia materiaaleja. Ero paramagneettisten ja diamagneettisten materiaalien välillä on se, että paramagneettiset materiaalit houkuttelevat ulkoisia magneettikenttiä, kun taas diamagneettiset materiaalit hylkivät magneettikenttiä.
