Магнитныймомент, векторная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитныммоментом обладают все элементарные частицы и образованные из них системы (атомные ядра, атомы. молекулы). Магнитныймомент атомов, молекул и других многоэлектронных систем складывается из орбитальных магнитныймомент электронов, спиновых магнитныймоментэлектронов и ядер и вращательного магнитногомомента, обусловленного вращением молекулы как целого. Орбитальный магнитныймомент электрона
,
где е и mе - абсолютные значения заряда и массы электрона соответственно, с - скорость света, ge - коэффициент пропорциональности, называют гиромагнитным отношением, вектор L - орбитальный момент количества движения, квадрат которого равен (l - орбитальное квантовое число, - постоянная Планка). Знак минус обусловлен отрицательным зарядом электрона и означает, что направления магнитногомоментаmL и орбитального моментаL противоположны. Электронный орбитальный магнитныймомент значителен у многоэлектронных атомов и ионов с частично заполненными d- и f-орбиталями, например у атомов и ионов переходных металлов. а также у двухатомных молекул (напр., NO). У многоатомных орг. молекул и радикалов в основном состоянии электронный орбитальный магнитныймомент практически отсутствует.
магнитныймомент, обусловленный спином электрона, ms = - gges, где вектор s - собственный момент количества движения (спин), квадрат которого равен (s - спиновое квантовое число), g -множитель Ланде (g-фактор), равный для электрона 2,0023. Направление спинового магнитногомомента электрона также противоположно направлению спина (собств. момента кол-ва движения).
Магнитныймомент электрона часто выражают через магнетон Бора Дж/Гс; тогда и магнитныймомент , обусловленный спином ядра, определяется как mn = gnI, где gn - гиромагнитное отношение для ядра, а квадрат вектора I равен , где I - спиновое квантовое число ядра. Ядерный магнитныймомент часто выражают через ядерный магнетон Дж/Гс, где тр - масса протона; тогда и , где gn - g-фактор ядра. Последняя величина имеет различные значения для разных ядер и определяется внутренней (нуклонной) структурой ядра. Направление магнитногомомента протона совпадает с направлением его спина; для других ядер (например, 15N) оно может быть противоположным.
Орбитальный магнитныймоментmL, спиновые электронный и ядерный магнитныймоментms и mn пропорциональны соответствующим моментам количества движения L, S и I, но коэффициенты пропорциональности для них различны. По этой причине направление магнитногомомента атомных и молекулярных систем, как правило, не совпадает с направлением вектора их полного момента кол-ва движения.
У атомов и ионов, содержащих неспаренные электроны, главный вклад в магнитныймомент вносят mL и ms: у органических радикалов магнитныймомент определяется почти исключительно ms, а небольшой вклад mLприводит лишь к малому отличию g-фактора радикалов от g-фактора свободных электронов.
В магнитном поле напряженности Н (вектор с компонентами Нх, Нy и Нz) энергия Е частицы изменяется:
E=E0 -mH -1/2H.cH,
где E0 - энергия частицы в отсутствие поля, c - тензор, называют магнитной восприимчивостью частицы (приведены только первый и второй члены разложения в ряд по Н). Выражение для энергии Е частицы в магнитном поле позволяет определить магнитныймомент частицы как производную:
m= - дЕ/дН,
а компоненты тензора магнитной восприимчивости c - как втoрые производные:
cij= - д2E/дHiдHj(i, j = х, у или z).
Для макроскопических тел магнитныймомент всех составляющих тело частиц усредняются, что приводит к появлению вектора намагниченности М, или магнитныймомент единицы объема. Как правило, для элементарного объема dV
M = M0 + cH,
где М0 - намагниченность в отсутствие поля, c - макроскопическая магнитная восприимчивость, которая появляется в результате усреднения магнитных восприимчивостей c отдельных частиц. У ферромагнетиков и ферримагнетиков M0 ? 0, у диамагнетиков и парамагнетиков M0 = 0; в магн. поле диамагнетики и парамагнетики намагничиваются (М ? 0), причем для диамагнетиков c < 0, для парамагнетиков c > 0. Экспериментальное измерение намагниченности М позволяет судить о том, в каких квантовых состояниях находятся составляющие тело частицы (атомы, ионы, молекулы). Однако из-за обменного взаимодействия магнитныймомент изолированных частиц часто не равны магнитныймомент тех же частиц в кристаллической решетке, вычисляемым по намагниченности чистого вещества или твердого раствора.
Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм микрочастиц, М., 1973; Калинников В. Т., Ракитин Ю. В., Введение в магнетохимию, М., 1980; Уайт Р., Квантовая теория магнетизма, пер. с англ., 2 изд., М., 1985.