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110 18 Molekularrefraktion, magn. Suszeptibilitat U. chem. Bindung
die dem auseren magnetischen Feld entgegengesetzt gerichtet sind,
und deren Wirkung das Feld schwachen. Sie sind durch kleine
Pfeile dargestellt die, der Deutlichkeit halber, neben den grosen
gezeichnet sind. Der Stoff ist diamagnetisch. Der paramagnetische
Fall ist durch das Schema
(b) dargestellt. Der einzig
vorhandene bzw. unkompensierte
Kreisstrom verursacht
ein magnetisches
Gesamtmoment, das unabhangig
vom Vorhandensein
eines auseren magnetischen
Feldes ist und permanent
Abb. 22. Schematische Darstellung eines Paramagnetischen
Atoms und eines diamagnetischen
Molekuls
dem Molekul zukommt.
Beim Anlegen des Feldes
orientiert sich das Molekul
in Richtung der Kraftlinien,
wodurch die Feldwirkung
verstarkt wird. Gleichzeitig
aber induziert das angelegte
Feld, in der oben geschilderten
Weise, eine Gegen-
Spannung in die Kreisbahn
des Elektrons, so das ein
entgegengerichtetes magnetisches
Moment entsteht.
Dies entspricht dem diamgnetischen Anteil des Molekuls, der somit
immer, auch bei paramagnetischen Stoffen, vorhanden ist, solange
es kreisende Elektronen gibt.
Bringt man eine stromdurchflossene Spule in ein Medium,
dessen magnetische Eigenschaften untersucht werden sollen, so
andert sich die in ihrem Inneren herrschende magnetische Feldstarke
Ho um einen positiven oder negativen Betrag J, je nachdem
die Substanz paramegnetisch oder diamagnetisch ist. Die effektive
magnetische Feldstarke im Innern der Substanz betragt demnach
Heff. = Ho & J . (59)
J bedeutet das pro Kubikzentimeter induzierte magnetische
Dipolmoment (Polstarke . Abstand : p . 1) und wird magnetische
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Polarisation genannt. Man fand experimentell, das die magnetische
Polarisation J proportional der angewandten Feldstarke Ho
ist. Der mit 4 n multiplizierte Proportionalitatsfaktor x ist eine fur
die jeweilige Substanz charakteristische Konstante1, die den Namen
magnetische Suszeptibilitat erhielt, weil sie die Aufnahmefahigkeit
der Substanz fur den magnetischen Zustand zum Ausdruck bringt.
x ist dimensionsmasig eine reine Zahl und bedeutet die Magnetisierbarkeit
von 1 cm3 Substanz2. Sie ist positiv fur paramagnetische,
negativ fur diamagnetische Stoffe, und ihr Zahlenwert liegt
zwischen 10-6 und 10-*. Man Sast diese Aussagen in folgenden
Formeln zusammen :
und bezeichnet das Verhaltnis der effektiv herrschenden, magnetischen
Feldstarke HC~. zu der ursprunglichen Ho als magnetische
Permeabilitat ,U, weil sie gewissermasen die Durchlassigkeit der
Substanz fur die magnetischen Kraftlinien angibt. Fur paramagnetische
Stoffe ist ,U > I, fur diamagnetische ,U < 1, da x im
ersten Fall positiv, im zweiten Fall negativ ist. Die Feldliniendichte
nimmt durch das Einbetten der Spule in einen paramagnetischen
Stoff zu. In einem diamagnetischen Stoff nimmt sie dagegen
ab, die Feldlinien werden aus der Substanz hinausgedrangt.
Der Chemiker macht nicht von dem auf Kubikzentimeter bezogenen
x Gebrauch, sondern von der Molekularsuszeptibilitat X,
die man aus x durch Multiplikation mit dem Molvolumen erhalt:
In welcher Weise die Kombination der atomic orbitals zu paramagnetischen
bzw. diamagnetischen molecular orbitals fuhrt, soll
am Beispiel der Bildung des Sauerstoff- bzw. Stickstoffmolekuls
aus den Atomen veranschaulicht werden.
Der Faktor 4n erscheint dadurch, das von der Einheit der magnetischen
Polstarke 4 n Kraftlinien in den Raum ausgehen.
Bezuglich der Dimensionenvgl. P. SELWOOD, Magnetochemistry 1 (1956)
Interscience Publishers Ltd, London.