PROPRIEDADES MAGNÉTICAS
Magnetismo é a propriedade que os minerais apresentam de serem
atraídos por um imã.
São poucos minerais que mostram esta
propriedade isto é, são atraídos por um
imã.
Ex:
magnetita
(fortemente
magnética).
É produzido por indução do campo magnético terrestre durante a
cristalização do mineral.
A intensidade do campo magnético criado pelo campo indutivo pode
ser expresso pela fórmula;
I=K.H
Onde:
- I: intensidade de magnetização
- K: constante de susceptibilidade. É adimensional, o valor depende
das propriedades físicas do material magnético. Pode assumir valores
positivos e negativos.
- H: campo magnético
•
Se K for positivo I terá a mesma direção do campo magnético H
•
Se K for negativo I terá sentido contrário à direção de H.
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M AGNETISMO DOS M INERAIS
O magnetismo é o resultado da estrutura eletrônica dos átomos.
Originam-se das propriedades de rotação dos elétrons que rodeiam
os núcleos atômicos tanto pelo seu:
1.
movimento orbital
conferem uma propriedade
em torno do núcleo;
magnética à estrutura atômica
2. spin (rotação sobre si próprio)
As propriedades magnéticas
estão associadas a ambos os tipos de
movimentos eletrônicos casos (1) e (2)
1º Caso: Movimento orbital de um elétron girando em torno do
núcleo de um átomo
Quando
os
átomos
de
uma
substância são sujeitos à força
magnética de um ímã forte, a força
afeta essa propriedade magnética,
opondo-se
ao
movimento
dos
elétrons.
O
movimento
orbital,
tem
tendência a cancelar parcialmente o
campo magnético externo aplicado.
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OS ÁTOMOS SÃO, ASSIM, REPELIDOS PELO ÍMÃ
2º Caso: "Spin" (rotação do elétron em torno de seu próprio eixo)
A propriedade magnética da matéria parece originar-se basicamente
do spin dos elétrons; cada elétron que gira sobre si mesmo atua como
um pequenino imã permanente.
Spins opostos são indicados como + e – (isto é, com valores de +1/2
ou de -1/2, um pólo para cima e o outro para baixo).
•
Nos átomos com camadas eletrônicas preenchidas, o número de
spins eletrônicos alinhados numa direção é igual ao número de
spins eletrônicos na direção oposta (emparelhados), logo, esses
átomos produzem um momento magnético nulo
•
Nos átomos com camadas eletrônicas incompletas (a maioria nos
subníveis 3d, por exemplo os elementos de transição Z 22 a 29:
Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, e Cu ;), o número de spins eletrônicos
alinhados numa direção é maior que o número de spins eletrônicos
na direção oposta (não-emparelhados), logo, nesses átomos
tem-se um momento magnético próprio (não nulo)
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OS SPINS TÊM TENDÊNCIA A ALINHAR-SE PARALELAMENTE A UM CAMPO
M AGNÉTICO EXTERNO APLICADO
TIPOS DE M AGNETISMO
DIAMAGNÉTICOS: susceptibilidade magnética é negativa (K<0)
Os minerais conhecidos como diamagnéticos não são atraídos por
um imã.
De fato, eles são repelidos fracamente por um campo magnético.
O campo magnético gerado pelo imã faz com que o movimento
orbital dos elétrons se altere, como se uma corrente elétrica estivesse
passando pelo material, e assim gerando um outro campo magnético.
Esse campo se alinha em direção oposta ao do campo indutor (imã), e
isso causa a repulsão, isto é diamagnetismo (caso1).
Se o movimento do elétron em torno do núcleo fosse seu único
movimento, todas as substâncias seriam diamagnéticas
E ainda, nestes minerais
o campo magnético
externo não tem efeito sobre o spin dos elétrons
N
S
porque são normalmente constituídos por átomos ou
moléculas em que todos os elétrons são pareados
(com elétrons de spins opostos)
momento
magnético nulo. (caso2a)
Exs. de minerais diamagnéticos comuns são: calcita - CaCO3; albita
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- NaAISi3O8; quartzo - SiO2; e apatite - Ca5 (PO4)3 (F, CI, OH); etc.
PARAMAGNÉTICOS : susceptibilidade magnética é positiva, mas
fraca (K>0)
Os minerais paramagnéticos são atraídos fracamente pelos imãs.
Nos materiais paramagnéticos os orbitais estão incompletos (metais
de transição) e os momentos dos spins resultantes podem ser alinhados
ligeiramente de modo a produzir uma magnetização induzida paralela
ao campo aplicado.
O paramagnetismo está associado com as direções de alinhamento
do SPIN do elétron na presença de um campo magnético externo.
A presença de um campo magnético externo tende
N
N
S
S
a alinhar todos os dipolos magnéticos do mineral,
causando
o
aparecimento
de
uma
certa
magnetização.
Mas, a magnetização imposta não é permanente, o movimento
térmico dentro da estrutura, entretanto, tende a deixar aleatório alguns
dos alinhamentos do dipolo. Isto resulta apenas em uma pequena
fração de dipolos alinhados com o campo magnético externo para um
instante particular.
Sem a influência do campo, o material mantém os spins de
seus elétrons orientados aleatoriamente
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Exemplos de minerais paramagnéticos são: olivina (Mg, Fe)2SiO4;
augita – (Ca, Na) (Mg, Fe, Al) (Al,Si)2O6.
Ferromagnetismo: É um caso especial de paramagnetismo
Diferença entre as substâncias paramagnéticas e ferromagnéticas
As substâncias ferromagnéticas mantêm os spins de seus elétrons
alinhados, mesmo que elas sejam retiradas da influência do campo
magnético externo (ao contrário das paramagnéticas).
a
b
Alinhamentos de domínios
Um campo magnético externo pode alinhar os domínios
ferromagnéticos: a) Não magnetizado - domínios aleatórios;
b) Magnetizado - domínios alinhados
Não existem minerais ferromagnéticos mas exemplos de elementos
ferromagnéticos são: o Ferro, o Níquel, o Cobalto e ligas que
contenham, pelo menos um desses elementos.
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FERRIMAGNÉTICOS: susceptibilidade magnética é positiva (K>>0)
Outro tipo de magnetismo é o ferrimagnetismo, em que os
momentos do spins são antiparalelos, em vez de paralelos como no
ferromagnetismo.
Exemplos
de
minerais
ferrimagnéticos
são:
magnetita Fe304 e pirrotita Fe 1-x S (x= 0 a 0,2)
NESTES CASOS, OS MOMENTOS DOS SPINS ANTIPARALELOS NÃ O SÃ O IGUAIS , RESULTANDO EM UM ARRANJO DE DOMÍNIOS MAGNÉTICOS PERMANENTES
Ferrimagnetismo
Ferromagnetismo
Distribuição de Dipolos Magnéticos da Magnetita
8Fe3+
8 sítios
Fe3O4 = Fe3+[Fe2+Fe3+]O4
tetraédricos
16 sítios
octaédricos
8Fe3+
8Fe2+
Os íons Fe3+ estão distribuídos em dois sítios diferentes da rede, mas
com spins magnéticos opostos.
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Os íons Fe2+ (com menor momento magnético;) são responsáveis
pelo spin não pareado e assim pelos domínios magnéticos
permanentes na magnetita.
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