Magnetism

 

Metal complex 의 Magnetic property는 orbital energy level에 대한 간접적인 증거를 제시할 수 있다.

Diamagnetic compound, 모든 전자가 짝지어져 있는 물질은 외부 자기장이 가해지면 약간 밀려난다. 홀전자가 있는 경우, paramagnetic이라고 부르고, 외부 자기장에 끌리게 된다. 이런 magnetism을 측정하는 것을 magnetic susceptibility라고 하는데, 이 값이 클수록 샘플이 외부 자기장에 노출되었을 때 더 강하게 상호작용한다는 의미이다.

Diamagnetic 물질의 경우 외부 자기장의 세기가 강해짐에 따라 magnetization이 약해지고, paramagnetic 물질은 외부 자기장의 세기가 강해짐에 따라 magnetization 또한 강해지게 된다. 

Paramagetism은 음전하가 작은 자석으로써 행동하기 때문에 나타나는 현상이다. 

Magnetic susceptibility는 magnetic moment (μ)에 관련되어 있다. First-row transition metal을 가진 complex의 경우,  magnetic moment는 spin state (홀전자 개수의 합)을 가지고 쉽게 계산이 가능하다. 이를 통해 계산하는 방법을 spin-only magnetic moment라고 한다. 이는 orbital contribution이 다른 row metal에 비해서 작기 때문이다. 더 무거운 transition metal이나 lanthanide같은 것들은 orbital contribution이 크기 때문에 magnetic moment 계산에 고려해주어야 한다. 

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Paramagnetism, diamagnetism은 외부 자기장이 존재할 때에만 나타나는 현상이다. 우리가 일반적으로 생각하는 '자석'은 외부 자기장이 작용하는 것과 상관 없이 항상 자기 자신의 magnetism을 가지고 있는 물질이다 (ferromagnet). 이런 현상을 ferromagnetism 이라고 한다. 홀전자가 있으면서 이들 전자가 서로 평행하게 같은 방향으로 배향되며 낮은 에너지 상태를 유지한다.  반대현상을 antiferromagnetism이라고 한다. 이들은 영구적인 자성을 가지고 있지 않다 (metal oxides). Valence electron들이 서로 반대방향을 향함으로써 zero net magnetic moment를 보이게 된다. 

Ferrimagnetism이라는 현상이 발견 되었는데, 이는 magnetic moment를 가지는 원자들이 반대 방향으로 배향되었지만, 배향된 원자들의 magnetic moment가 한쪽이 더 커서 net magnetic moment가 0이 아니게 되어 ferromagnetism으로 착각할 수도 있지만 magnetic moment의 방향이 다르기 때문에 위 두가지 (ferro-, antiferro-) 현상과는 달라서 Ferrimagnetism이라고 따로 명명되었다. 

정리하자면 magnetic moment가 반대를 향하는데 net magnetic moment가 0이면 antiferromagnetism이고, 차이가 나서 0이 아니면 ferrimagnetism인 것이다.