有些金屬，如鹼金屬和鹼土金屬，它們的離子也是填滿的電子結構，但它們的自由電子所產生的順磁性大於離子部分的抗磁性。因此它們是順磁性金屬，如鋁、鎂、鋰、鈉和鉀等。
基本介紹
- 中文名：順磁性金屬
- 外文名：Paramagnetic metal
- 釋義：自由電子所產生的順磁性大
- 舉例：鋁、鎂、鋰
- 對比：抗磁金屬
- 影響因素：金屬熔化凝固、范性變形
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簡介
在磁場的作用下電子的循軌運動要產生抗磁矩，而離子的固有磁矩則產生順磁矩。此外，還要看到，自由電子在磁場的作用下也產生抗磁矩和順磁矩，不過它所產生的抗磁矩遠小於順磁矩，故自由電子的主要貢獻是順磁性。金屬均由離子和自由電子所構成，因此對於一種金屬來說，其內部既存在著產生抗磁性的因素，又存在著產生順磁性的因素，屬於哪種磁性金屬，取決於哪種因素占主導地位。
抗磁性金屬
金屬的離子，由於核外電子層結構不同，可以分為兩種情況：首先是它的電子殼層已全部被填滿，即固有磁矩為零。在外加磁場的作用下由核外電子的循軌運動產生抗磁矩，抗磁矩的強弱取決於核外電子的數量。如果離子部分總的抗磁矩大於自由電子的順磁矩，則金屬為抗磁金屬。屬於這種情況的抗磁金屬有銅、金和銀等。銻、鉍和鉛等金屬也屬於這種情況，所不同的是它們的自由電子向共價鍵過渡，因而呈現出異常大的抗磁性。
強順磁性金屬
離子有未被填滿的電子層，即離子具有較強的固有磁矩。在外磁場的作用下，這些固有磁矩所產生的順磁矩遠大於核外電子循軌運動所產生的抗磁矩。具有這種離子的金屬都有較強的順磁性，它們屬於強順磁性金屬。如3d-金屬中的鈦和釩等；4d-金屬中的鈮、鋯和鋁等；5d-金屬中的鉿、鉭、鎢和鉑等。多數金屬屬於順磁性。
金屬的順磁性和抗磁性
金屬是由點陣離子和自由電子構成的，故金屬的磁性要考慮到點陣結點上正離子的抗磁性和順磁性，自由電子的抗磁性與順磁性。正離子的抗磁性源於其電子的軌道運動，正離子的順磁性源於原子的固有磁矩。而自由電子的磁性可簡述如下:其順磁性源於電子的自旋磁矩，在外磁場作用下，自由電子的自選磁矩轉到了外磁場方向；自由電子的抗磁性源於其在外磁場中受洛倫茲力而做的圓周運動，這種圓周運動產生的磁矩同外磁場反向。這四種磁性可能單獨存在，也可能共同存在，要綜合考慮哪個因素的影響最大，從而確定其磁性的性質。
非金屬中除了氧和石墨外，都是抗磁性(它們與惰性氣體相近)。如Si，S，P以及許多有機化合物，它們基本都是以共價鍵結合的，由於共價電子對的磁矩相互抵消，因而都是抗磁體。在元素周期表中，接近非金屬的一些金屬元素，如Sb，Bi，Ga，灰Sn，Tl等，它們的自由電子在原子價增加時逐步向共價結合過渡，故表現出異常的抗磁性。
在Cu，Ag，Au，Zn，Cd，Hg等金屬中，由於它們的離子所產生的抗磁性大於自由電子的順磁性，因而它們屬於抗磁體。所有的鹼金屬和除Be以外的鹼土金屬都是順磁體。雖然這兩族金屬元素在離子狀態時有與惰性氣體相似的電子結構，似乎應該是抗磁體，但是由於自由電子產生的順磁性占據了主導地位，故仍表現為順磁性。
稀土金屬的順磁性較強，磁化率較大且遵從居里一外斯定律。這是因為它們的4f或者Sd電子殼層未填滿，存在未抵消的自選磁矩所造成的。關於過渡族金屬，高溫時基本都屬於順磁體，但其中有些存在鐵磁轉變(Fe，Co，Ni等)，有些則存在反鐵磁轉變(如Cr)。這類金屬的順磁性主要是由於它們的3d~5d電子殼層未填滿，d和f態電子未抵消的自旋磁矩形成了晶體離子的固有磁矩，從而產生了強烈的順磁性。
影響因素
溫度和磁場強度對於抗磁性的影響非常微弱，但當金屬熔化凝固、范性變形、晶粒細化和同素異構轉變時，電子軌道的變化和原子密度的變化，將使抗磁磁化率發生變化。
熔化時抗磁體的磁化率值一般都減小，鉈熔化時抗磁磁化率降低10%，鉍降低8%。但鍺、金、銀不同，它們的磁化率值在熔化時是增高的。範性形變可使銅和鋅的抗磁性減弱，經高度加工硬化後的銅可由抗磁性變為順磁性，而退火則可使銅的抗磁性恢復。晶粒細化可使鉍、銻、硒、碲的抗磁性減弱，在晶粒高度細化時可由抗磁性轉變為順磁性。顯然，熔化、范性變形、晶粒細化等因素都是使金屬晶體趨於非晶化，因此其影響效果也類似。而且都是因變化導致的原子間距增大，密度減小所致。
