Causas Paramagnetismo, Materiais Paramagnéticos, Exemplos e Diferenças com Diamagnetismo

O paramagnetismo é uma forma de magnetismo na qual certos materiais são fracamente atraídos por um campo magnético externo e formam campos magnéticos internos induzidos na direção do campo magnético aplicado.

Ao contrário do que muitos pensam, as propriedades magnéticas não são reduzidas apenas a substâncias ferromagnéticas. Todas as substâncias possuem propriedades magnéticas, ainda que de forma mais fraca. Essas substâncias são chamadas de paramagnéticas e diamagnéticas.

Desta forma, dois tipos de substâncias podem ser distinguidas: paramagnéticas e diamagnéticas. Na presença de um campo magnético, os paramagnéticos são atraídos para a área onde a intensidade do campo é maior. Por outro lado, os diamagnéticos são atraídos para a região do campo em que a intensidade é menor.

Quando na presença de campos magnéticos, os materiais paramagnéticos experimentam o mesmo tipo de atração e repulsão experimentada pelos ímãs. No entanto, quando o campo magnético desaparece, a entropia termina o alinhamento magnético que foi induzido.

Em outras palavras, materiais paramagnéticos são atraídos por campos magnéticos, embora não sejam transformados em materiais permanentemente magnetizados. Alguns exemplos de substâncias paramagnéticas são: ar, magnésio, platina, alumínio, titânio, tungstênio e lítio, entre outros.

Índice

• 1 causas
  • 1.1 Lei de Curie
• 2 Materiais paramagnéticos
• 3 Diferenças entre paramagnetismo e diamagnetismo
• 4 aplicações
• 5 referências

Causas

O paramagnetismo é devido ao fato de que certos materiais são compostos de átomos e moléculas que possuem momentos magnéticos permanentes (ou dipolos), mesmo quando eles não estão na presença de um campo magnético.

Os momentos magnéticos são originados pelos spins dos elétrons não pareados de metais e outros materiais que possuem propriedades paramagnéticas.

No paramagnetismo puro, os dipolos não interagem entre si, mas são orientados aleatoriamente na ausência de um campo magnético externo como consequência da agitação térmica. Isso gera um momento magnético nulo.

Entretanto, quando um campo magnético é aplicado, os dipolos tendem a se alinhar com o campo aplicado, resultando em um momento magnético líquido na direção do dito campo e adicionando ao campo externo.

Em qualquer caso, o alinhamento dos dipolos pode ser neutralizado pelo efeito da temperatura.

Desta forma, quando o material é aquecido, a agitação térmica é capaz de neutralizar o efeito que o campo magnético tem sobre os dipolos e os momentos magnéticos são reorientados de forma caótica, reduzindo a intensidade do campo induzido.

Lei de Curie

A lei de Curie foi desenvolvida experimentalmente pelo físico francês Pierre Curie no ano de 1896. Ela só pode ser aplicada quando ocorrem altas temperaturas e a substância paramagnética está na presença de campos magnéticos fracos.

Isto é assim porque não consegue descrever o paramagnetismo quando uma grande parte dos momentos magnéticos está alinhada.

A lei estabelece que a magnetização do material paramagnético é diretamente proporcional à intensidade do campo magnético aplicado. É o que é conhecido como a lei de Curie:

M = X ∙ H = C H / T

Na fórmula anterior, M é a magnetização, H é a densidade do fluxo magnético do campo magnético aplicado, T é a temperatura medida em Kelvin e C é uma constante específica para cada material e é chamada de constante Curie.

A partir da observação da lei de Curie, segue-se também que a magnetização é inversamente proporcional à temperatura. Por esta razão, quando o material é aquecido, os dipolos e os momentos magnéticos tendem a perder a orientação adquirida pela presença do campo magnético.

Materiais paramagnéticos

Os materiais paramagnéticos são todos aqueles materiais com permeabilidade magnética (capacidade de uma substância para atrair ou fazer passar através de um campo magnético) semelhante à permeabilidade magnética do vácuo. Esses materiais mostram um nível insignificante de ferromagnetismo.

Em termos físicos, afirma-se que sua permeabilidade magnética relativa (quociente entre a permeabilidade do material ou do meio e a permeabilidade do vácuo) é aproximadamente igual a 1, que é a permeabilidade magnética do vácuo.

Entre os materiais paramagnéticos existe um tipo particular de material chamado superparamagnético. Embora eles sigam a Lei Curie, esses materiais têm um valor constante de Curie razoavelmente alto.

Diferenças entre paramagnetismo e diamagnetismo

Foi Michael Faraday quem, em setembro de 1845, percebeu que, na realidade, todos os materiais (não só os ferromagnetos) reagem à presença de campos magnéticos.

Em qualquer caso, a verdade é que a maioria das substâncias tem caráter diamagnético, uma vez que pares de elétrons emparelhados - e, portanto, com spin oposto - favorecem fracamente o diamagnetismo. Pelo contrário, somente quando há elétrons desemparelhados ocorre o diamagnetismo.

Tanto os materiais paramagnéticos como diamagnéticos têm uma fraca susceptibilidade aos campos magnéticos, mas enquanto nos primeiros é positivo no último, é negativo.

Os materiais diamagnéticos são ligeiramente repelidos por um campo magnético; Por outro lado, os paramagnéticos são atraídos, embora também com pouca força. Em ambos os casos, quando o campo magnético é removido, os efeitos da magnetização desaparecem.

Como já foi dito, a grande maioria dos elementos que compõem a tabela periódica é diamagnética. Assim, exemplos de substâncias diamagnéticas são a água, o hidrogênio, o hélio e o ouro.

Aplicações

Como os materiais paramagnéticos têm um comportamento de vácuo similar na ausência de um campo magnético, suas aplicações na indústria são um pouco reduzidas.

Uma das aplicações mais interessantes do paramagnetismo é a Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR), que é amplamente usada em física, química e arqueologia. É uma técnica espectroscópica com a qual é possível detectar espécies com elétrons não pareados.

Essa técnica é aplicada em fermentações, na fabricação industrial de polímeros, no desgaste de óleos para motores e na fabricação de cervejas, entre outras áreas. Da mesma forma, esta técnica é amplamente utilizada na datação de vestígios arqueológicos.

Referências 

1. Paramagnetismo (n.d.). Na Wikipedia. Retirado em 24 de abril de 2018, de es.wikipedia.org.
2. Diamagnetismo (n.d.). Na Wikipedia. Retirado em 24 de abril de 2018, de es.wikipedia.org.
3. Paramagnetismo (n.d.). Na Wikipedia. Retirado em 24 de abril de 2018, de en.wikipedia.org.
4. Diamagnetismo (n.d.). Na Wikipedia. Retirado em 24 de abril de 2018, de en.wikipedia.org.
5. Chang, M. C. "Diamagnetismo e paramagnetismo" (PDF).NTNU lecture notes. Retirado em 25 de abril de 2018.
6. Pomar, A. F. (2003)Magnetoquímica. Imprensa da Universidade de Oxford.