Magnetoquímica
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Magnetoquímica. Rama de la química que se dedica a la síntesis y el estudio de las sustancias de propiedades magnéticas.
Sumario
Historia
Durante el siglo XVIII y el XIX, empezó el estudio de la magnetoquímica en el cual se limitaban al estudio de otras ramas de la misma. Se considera que el inicio de la magnetoquímica tal y como se conoce hoy tuvo lugar alrededor de 1905 por el químico francés Paul Langevin. Otro científico que ha colaborado de manera intansigente en la evolución de la magnetoquímica fue Olivier Kahn que desde su inicio en ella supo desenterrar casi todas sus habilidades sobre ella.
Los primeros compuestos magnéticamente relevantes (históricamente fueron únicamente los ferromagnéticos ya que el paramagnetismo y el diamagnetismo no no son fenómenos lo bastante intensos como para llamar la atención antes del desarrollo de la física) eran típicamente sólidos inorgánicos, como el hierro o la magnetita (un óxido de hierro).
En la actualidad los compuestos magnéticos relevantes, componen un amplio rango de disciplinas, desde la química del los sólidos hasta la bioquímica.
Beneficios
Estrictamente para las medidas de las constantes magnéticas de los cuerpos los resultados obtenidos hasta hoy, algunos (los más importantes pendientes aún de publicación) indican la conveniencia de realizar paralelamente el estudio magnético de los complejos del grupo del hierro y su análisis estructural con ayuda de los rayos X.
Fundamentos
Las propiedades magnéticas son generalmente debidas a la existencia de electrones emparejados en los metales de transición (aunque hay sistemas magnéticos puramente orgánicos). En algunos sólidos inorgánicos, los momentos magnéticos de estos electrones se ajustan, este acoplamiento se propaga tridimensionalmente y se llega a un ordenamiento magnético. Esto da lugar a la aparición de dominios magnéticos, como los que se observan en los imanes, con sus conocidas propiedades (atracción y repulsión) por otros imanes, dependiendo de cómo se enfrentes sus polos magnéticos.
Susceptibilidad magnética
Exceptuando el diamagnetismo, los fenómenos estudiados por la magnetoquímica son generalmente debidos a la existencia de electrones despareados, por ejemplo en metales de transición, en radicales orgánicos o en tierras raras. Todos los electrones tienen un momento magnético de espín, el cual es una propiedad intrínseca, tan fundamental de las partículas elementales como la masa o la carga eléctrica. Normalmente, estos momentos se cancelan por parejas, pues cada orbital contiene un par de electrones con momentos de signo opuesto, por el principio de exclusión de Pauli que les impide tener el mismo número cuántico de espín. Cuando al menos un electrón en un átomo, ion o molécula queda sin pareja, el material resultante es magnético. Se habla de iones de transición dn o de tierras raras fn para referirse al número n de electrones que se alojan en sus orbitales magnéticos.
En presencia de un campo magnético, todos los sistemas magnéticos experimentan el efecto Zeeman, un desdoblamiento de los niveles de energía magnéticos por interacción con un campo externo aplicado. Esta interacción con el campo magnético resulta en un incremento de la magnetización dentro de la muestra, y en una atracción por un gradiente de campo magnético, algo que se cuantifica experimentalmente como susceptibilidad magnética, por ejemplo con una balanza de Gouy o con un magnetómetro de tipo SQUID.
En el estudio de un sistema magnético, es común representar la susceptibilidad magnética, su inversa o el resultado de su multiplicación por la temperatura, frente a la temperatura. Frecuentemente, es posible ajustar algunos de estos datos a leyes simplificadas como la ley de Curie o de Curie-Weiss.
Investigación
Actualmente, los compuestos de interés magnetoquímico abarcan un amplio rango de campos, y su estudio solapa con diversas disciplinas, desde la química del estado sólido hasta la bioquímica. La investigación experimental reciente en este campo incluye en la búsqueda de nuevos materiales con propiedades magnéticas interesantes, o en la combinación de propiedades, por ejemplo magnéticas y eléctricas o magnéticas y ópticas. Así, se han obtenido imanes moleculares (como el Mn12), ferromagnetos de base molecular conductores de la electricidad, paramagnetos superconductores de la electricidad, o sistemas cuyas propiedades magnéticas se pueden alterar mediante luz.
Los estudios experimentales exigen técnicas de síntesis novedosas, así como aparatos de medida sofisticados, como los magnetómetros equipados con SQUID, la dispersión inelástica de neutrones, la resonancia paramagnética electrónica de campos altos, ecos de espín o la espectroscopia con muones.
Por su lado, la investigación teórica, que incluye el desarrollo y perfeccionamiento de hamiltonianos modelo que describan el canje magnético o la transferencia electrónica (en compuestos de valencia mixta), sigue buscando correlaciones magnetoestructurales, o correspondencias entre estructura molecular (o cristalina) e interacciones magnéticas. Estos modelos, cada vez más sofisticados, requieren habitualmente el uso de herramientas de mecánica cuántica y la ayuda de la química computacional.
Enlaces Relacionados
Fuentes
- Artículo: Magnetoquímica. Disponible en: Wikipedia.
- Artículo: Materiales. Disponible en: UPV.
- Artículo: Milenio. Disponible en: Física usach.
- Artículo: Química. Disponible en: La Guía 2000.
