3.2 Магнітні властивості хімічних елементів і мінералів

Більшість хімічних елементів є діа- і парамагнітними за рахунок орбітальних і спінових магнітних моментів електронів. Магнітні моменти протонів і нейтронів набагато менше магнітних моментів електронів. На рисунку 3.3 приведенийграфік зміни магнітної сприйнятливості та інших фізичних властивостей хімічних елементів у порядку Періодичної системи елементів Д.І.Менделєєва.

m_а- відносна атомна маса; R_а- атомний радіус;  - густина; V_p – швидкість повздовжніх пружних хвиль; Т_пл – температура плавлення;  - електропровідність;  - теплопровідність; χ – магнітна сприйнятливість; С_гр, С_а – модифікації граніту і алмазу; елементи з будовою електронних орбіт: І – s; ІІ – р; ІІІ – d; 2-6 періоди Періодичної системи елементів Д.І.Менделєєва

Рисунок 3.3 Характеристика фізичних властивостей і атомної будови хімічних елементів

5. 6

Продовження рисунка 3.3 Характеристика фізичних властивостей і атомної будови хімічних елементів

Характерна дуже чітко виражена періодичність зміни діамагнетизму на парамагнетизм елементів. Елементам першої половини періодів властивий парамагнетизм у зв'язку з незаповненістю електронами зовнішньої орбіти, елементам другої половини - діамагнетизм, що визначається цілком заповненими орбітами. Діамагнітна сприйнятливість більшості елементів невелика і складає (-100)10^-5од. СІ. Спостерігається спрямована зміна парамагнітної сприйнятливості - її підвищення в елементів 4-го періоду в напрямку до групи заліза, так само як і в елементів 5-го періоду. Елементи групи заліза (залізо, нікель, кобальт) феромагнітні у зв'язку з незаповненістю електронами внутрішніх орбіт. Таким чином, спрямована змінавідрізняється від спрямованих змін хімічних і інших фізичних властивостей елементів, а елементи групи заліза, різко відрізняються за своїми магнітними властивостями, підпорядковуються загальній закономірності за іншими хімічними і фізичними параметрами.

Встановлено зв'язок магнітної сприйнятливості хімічних елементів із валентністю, зумовлений їхньою загальною залежністю від вільних елементів. Так, Cu, C, Ti, що мають вільні електрони на внутрішніх орбітах (- електрони), характеризуються підвищеним магнітним моментом і є парамагнітними. У з'єднаннях іони²Cu,₂⁶C,⁴Ti не мають незв'язаних електронів, у зв'язку з чим утворять діамагнітні мінерали (таблиця 3.2).

Таблиця 3.2

Магнітна сприйнятливість (в 10^-5од. СІ) діамагнітних

та парамагнітніх беззалізних мінералів

Мінерал	Магнітна сприйнятливість	Мінерал	Магнітна сприйнятливість
Кварц	-1,6	Корунд	1,8
Мікроклін	0	Топаз	1,9
Ортоклаз	-0,6	Циркон	-1,2
Плагіоклаз	0	Галенит	-3,3
Мусковіт	4-21	Каситерит	-2,0

Продовження таблиці 3.2

Мінерал	Магнітна сприйнятливість	Мінерал	Магнітна сприйнятливість
Шпінель	2,8	Ковелін	-1,2
Рутил	10,6	Флюорит	-1,2
Барит	-1,8	Апатит	-10,3
Сфалерит	-6,5	Графіт	-0,5

Більшість мінералів діа- або парамагнітні. Їхня магнітна сприйнятливість визначається хімічним складом і структурою решітки, а також типом кристалічного зв'язку. Ковалентні з'єднання володіють, як правило, дуже слабким магнетизмом; магнітна сприйнятливість іонних з'єднань вимірюється в більш широких межах і пов'язана з валентністю іонів.

Беззалізні мінерали гірських порід , що утворюють породу (кварц, калієві польові шпати, плагіоклази, епідот, скаполіт, хлорит), діамагнітні або слабопара-магнітні. Парамагнітна сприйнятливість залізовмісних силікатів і алюмосилікатів пов'язана головним чином із двох- і тривалентним залізом (таблиця 3.3).

Таблиця 3.3