Paramagnetismo se refiere a una propiedad de ciertos materiales que se sienten débilmente atraídos por los campos magnéticos. Cuando se exponen a un campo magnético externo, se forman campos magnéticos inducidos internos en estos materiales que se ordenan en la misma dirección que el campo aplicado. Una vez que se elimina el campo aplicado, los materiales pierden su magnetismo a medida que el movimiento térmico aleatoriza las orientaciones de giro de electrones.
Los materiales que muestran paramagnetismo se llaman paramagnéticos. Algunos compuestos y la mayoría de los elementos químicos son paramagnéticos bajo ciertas circunstancias. Sin embargo, los verdaderos paramagnetos muestran susceptibilidad magnética según las leyes Curie o Curie-Weiss y exhiben paramagnetismo en un amplio rango de temperaturas. Los ejemplos de paramagnetos incluyen el complejo de coordinación mioglobina, complejos de metales de transición, óxido de hierro (FeO) y oxígeno (O2). El titanio y el aluminio son elementos metálicos paramagnéticos.
Los superparamagnetos son materiales que muestran una respuesta paramagnética neta, pero muestran un orden ferromagnético o ferrimagnético a nivel microscópico. Estos materiales se adhieren a la ley Curie, pero tienen constantes Curie muy grandes. Ferrofluidos son un ejemplo de superparamagnets. Los superparamagnetos sólidos también se conocen como mictomagnets. La aleación AuFe (oro-hierro) es un ejemplo de un imán magnético. Los racimos ferromagnéticamente acoplados en la aleación se congelan por debajo de cierta temperatura.
Cómo funciona el paramagnetismo
El paramagnetismo resulta de la presencia de al menos uno no apareado electrón girar en los átomos o moléculas de un material. En otras palabras, cualquier material que posea átomos con orbitales atómicos llenos incompletamente es paramagnético. El giro de los electrones no apareados les da un momento dipolar magnético. Básicamente, cada electrón no apareado actúa como un pequeño imán dentro del material. Cuando se aplica un campo magnético externo, el giro de los electrones se alinea con el campo. Debido a que todos los electrones no apareados se alinean de la misma manera, el material es atraído hacia el campo. Cuando se elimina el campo externo, los giros vuelven a sus orientaciones aleatorias.
La magnetización sigue aproximadamente Ley de Curie, que establece que la susceptibilidad magnética χ es inversamente proporcional a la temperatura:
M = χH = CH / T
donde M es magnetización, χ es susceptibilidad magnética, H es el campo magnético auxiliar, T es la temperatura absoluta (Kelvin) y C es la constante de Curie específica del material.
Tipos de magnetismo
Los materiales magnéticos pueden identificarse como pertenecientes a una de cuatro categorías: ferromagnetismo, paramagnetismo, diamagnetismo y antiferromagnetismo. La forma más fuerte de magnetismo es el ferromagnetismo.
Los materiales ferromagnéticos exhiben una atracción magnética que es lo suficientemente fuerte como para sentirse. Los materiales ferromagnéticos y ferrimagnéticos pueden permanecer magnetizados con el tiempo. Los imanes comunes a base de hierro y los imanes de tierras raras muestran ferromagnetismo.
A diferencia del ferromagnetismo, las fuerzas del paramagnetismo, el diamagnetismo y el antiferromagnetismo son débiles. En el antiferromagnetismo, los momentos magnéticos de moléculas o átomos se alinean en un patrón en el que el vecino los giros de electrones apuntan en direcciones opuestas, pero el orden magnético se desvanece por encima de cierto temperatura.
Los materiales paramagnéticos son atraídos débilmente por un campo magnético. Los materiales antiferromagnéticos se vuelven paramagnéticos por encima de cierta temperatura.
Los materiales diamagnéticos son débilmente repelidos por los campos magnéticos. Todos los materiales son diamagnéticos, pero una sustancia no suele etiquetarse como diamagnética a menos que las otras formas de magnetismo estén ausentes. El bismuto y el antimonio son ejemplos de diamagnetos.