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磁性の原因
無機固体化学
の単元です。
小単元
概要
①反磁性：電子の軌道運動の電磁誘導（この原因についてはさほど重要ではない。物理を履修してこなかった人は理解できなくても構わない）。核のまわりの電子の周回運動によって磁場ができている。外から磁場が加わると、「その磁場を打ち消す磁場ができるように」電子の周回運動が変化する。
→すべての物質には反磁性がある。しかし、反磁性は常磁性や強磁性よりも弱いので、常磁性または強磁性があるとそちらの性質が強く現われる。
②常磁性と強磁性：不対電子のスピン
・電子はそれ自身が「磁石」である（最も小さい磁石）。電子には+1/2または-1/2のスピン量子数（上向きと下向きのスピンなどとも表現されてきた）が割り当てられている。1本の軌道にはスピン量子数の符号が異なる2個の電子が入るが、そのようになるとスピン（量子数）がキャンセルされて磁石の性質を失う（例えば水素分子は反磁性）。
・従って、不対電子をもつ物質はスピンが完全にはキャンセルされないので、必ず常磁性または強磁性を示す。（不対電子をもつ物質の例：ラジカル、遷移元素を含む化合物）
例題1：Fe3＋イオンおよびNi2＋イオンの電子配置を答よ。それぞれのイオン1個あたり何個の不対電子を持っているかを答えよ。
＜磁気モーメントについて＞
磁石を表現する場合は、「極の向き」と「磁石の強さ」の両方を示さなくてはならない。すなわちベクトルで表わす必要がある。磁石の強さと向きを表すベクトルを「磁気モーメント」という。
1個の不対電子は1個の磁石とみなすことができるが、不対電子1個の磁気モーメントはほぼ1μB（ボ
ーアマグネトン）である。（1μB = 1.17×10-29Wb･m）
②-1 常磁性体
「磁気モーメントをもつ原子（すなわち不対電子を持つ原子）が互いに離れて存在する」物質。
・外部磁場がないとき：個々の原子の磁気モーメントはランダムな方向を向いており、物質全体で平
均すると磁気モーメントはゼロ（すなわち磁石ではない）。…次ページ上図左
・外部磁場があるとき：個々の原子の磁気モーメントは、あたかも方位磁石が地磁気の方向を指すよ
うに外部磁場の方向に揃う。物質全体で平均すると磁気モーメントが現われ、しかもそれは外部
磁場に引き寄せられる方向を向く。…次ページ上図右
☆ 磁気モーメントが一方向に揃うことを「磁化される」という。
外部磁場なし。 外部磁場あり
全体の磁気モーメントはゼロ
☆ 常磁性体は左右の状態の変化が可逆である。
②-2 強磁性体
「磁気モーメントをもつ原子（すなわち不対電子を持つ原子）が他の原子0個または1個へだてて隣
り合っている」物質。
☆ 磁気モーメントをもつ原子が互いに近くに存在すると、「互いの磁気モーメントの向きを平行また
は反平行に揃えよう」とする作用が働く。1)交換相互作用
・平行に揃っているとき：外部磁場がなくても
はじめから磁化されている（自発磁化、左）。
・反平行に揃っているとき：磁気モーメントの
総和がゼロでなければ、自発磁化をもつ（右）。
（反平行でなおかつ磁気モーメントの総和がゼロ
の場合、反強磁性という。詳細は略）
☆ 強磁性体ははじめから自分自身が磁石になっている（自発磁化）。
☆ 強磁性体と常磁性体の本質的な違いは、自発磁化があるかないか（交換相互作用の有無）である。