Διάλεξη 10 / Διάλεξη 10 / σύντομη περιγραφή - Ακριβός Περικλής (ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ, 2015)
σύντομη περιγραφή: Μαγνητική συμπεριφορά των ενώσεων των μετάλλων είναι χαρακτηριστική και ενδιαφέρουσα. Τα ιόντα των μετάλλων, ειδικά των μεταβατικών, έχουν μερικώς κατεχόμενα τα εξωτερικά δέτροχιακά τους και αυτό σημαίνει ότι συχνά εκεί υπάρχουν μονύροι ηλεκτρόνια. Μονύροι? Ασύζευκτα. Όχι όμως ασύζευκτα ζεύγη όπως αυτό στην αμμονία, ασύζευκτο ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό σημαίνει πως θέγεις πίνει ένα δεύτερο που δεν ανερείται από κάποιο άλλο που βρίσκεται στο ιδιοτροχιακό. Έτσι ακριβώς. Ένα τέτοιο σύστημα που έχει ας πούμε ένα τέτοιο ηλεκτρόνιο, εμφανίζει χαρακτηριστική συμπεριφορά μέσα σε μαγνητικό πεδίο. Φαντάζεσαι γιατί? Γιατί το ηλεκτρόνιο αυτό συντονίζεται με το πεδίο. Αφού έχουμε μαγνητικό πεδίο που μπορούμε να το περιγράψουμε με όρους της μαγνητικής επαγωγής του, μπορούμε να περιγράψουμε και το άτομο με όρους τέτοιων ανισματικών μεγεθών όπως είναι η γωνιακή ορμή κτλ. Συνεπώς εγκαταλείπουμε την περιγραφή του ατόμου στον χώρο και ασχολούμαστε με τα ανίσματα των διαφόρων ανισματικών μεγεθών του. Και ποιο είναι το όφελος. Εδώ έχουμε συχνά πρόβλημα με απλές προσθετικές ιδιότητες. Αν πάμε σε διανίσματα τα πράγματα είναι πιο δύσκολα πιστεύω. Ακριβώς αυτή είναι και η προσπάθειά μας δηλαδή να μετατρέψουμε κάποια μεγέθη με τρόπο ώστε οι τιμές που θα καταγράφουμε να έχουν προσθετικές ιδιότητες. Θα δεις. Προς το παρόν ας έχουμε υπόψη μας ότι οι ενώσεις διακρίνονται σε διαμαγνητικές και παραμαγνητικές. Το θυμάμαι αυτό. Διαμαγνητικές είναι περίπου όλες οι οργανικές ενώσεις. Περίπου όλες. Συνήθως τα μόρια αυτά η κατανομή των ηλεκτρονίων δίνει ζευγάρια ηλεκτρονιών σε όλα τα μοριακά τροχιακά όπου τα ανισματικά τους μεγέθη λίγο πολύ αλληλονερούνται. Και οι ρίζες εκείνες δεν έχουν παραμαγνητική συμπεριφορά. Οι οργανικές ρίζες μάλιστα και γι' αυτό έχουν ενδιαφέρον εξαιτίας της συμπεριφοράς τους αυτής. Μπορείς να βρεις τρόπο να εντοπίσεις το τροχιακό που βρίσκεται το μονύρις ηλεκτρονίου και μετά να το παρακολουθήσεις καθώς κάνει μία αντίδραση. Ας έρθουμε όμως τα δικά μας. Εδώ όπως τα λέμε οι περισσότερες ενώσεις των μεταβατικών μετάλλων θα είναι παραμαγνητικές. Ίσως όχι περισσότερες, είναι πάντως πάρα πολλές. Και υπάρχουν συγκεκριμένες φασματοσκοπικές μέθοδοι που ελέγχουν και βρίσκουν την ενεργειακή κατάσταση του μονύρους ηλεκτρονίου και όλα τα σχετικά. Όμως σήμερα ενδιαφερόμαστε για μία πιο απλή, πιο χονδρική και πιο άμεση μέθοδο που είναι χρήσιμη για μία άρχική μελέτη ενώσεων συναρμογής. Χονδρική σημαίνει όμως ότι δεν θα έχουμε ακριβεί αποτελέσματα. Άρα τι εννοία έχει να μπλέξουμε μενισματικά μεγέθη και όλα αυτά. Με το χονδρική ενώ, μια μέθοδο που πραγματοποιεί μέτρηση σε έναν όγκο ουσίας, όχι σε ένα μόριο ή ένα μικρό σύνολο μωρίων. Έλα να το δούμε. Αν έχω ένα πεδίο με επαγωγή β και βάλω μέσα ένα δείγμα, αυτό θα υποστεί μαγνήτηση μη. Τότε ο λόγος μη προς β είναι χαρακτηριστικός για κάθε ουσία. Παριστάνει, πόσο καταλαβαίνει την ύπαρξη του πεδίου η ουσία μας. Μεγάλος λόγος θα σημαίνει μεγάλη επίδραση στο πεδίο. Φυσικά, κι αυτό είναι όλο το σχέδιο. Μεγαλύτερη επίδραση θα υπάρχει στην περίπτωση που η ουσία έχει περισσότερα μονήρια ηλεκτρόνια. Δεν είναι όμως τόσο απλό. Ποτέ δεν φαίνεται να είναι απλό τελικά. Υπομονή. Αυτό που πόλις είπαμε ονομάζεται επιδεκτικότητα της ουσίας. Καταλαβαίνεις έτσι, δεν είναι? Ναι. Αλλά εξαρτάται απ' την ποσότητα της ουσίας που έβαλα για μέτρηση. Εκτός αν υπάρχει τρόπος να μετρύεται κάθε φορά ορισμένη μάζα ουσίας. Και πάλι, όμως, θα έχουμε αναφορά σε ένα μέγεθος αναορισμένη ποσότητα, όπως είναι η θερμοχωρητικότητα, ας πούμε. Τώρα θα δεις πώς θα προχωρήσουμε. Αυτή είναι όντως η μαγνητική επιδεκτικότητα αναγραμμάρια ουσίας. Αν όμως γνωρίζω το μοριακό της τύπο, δεν μπορώ να τη μετατρέψω σε επιδεκτικότητα αναμόλ. Ναι, αλλά τότε δεν μου φαίνεται και τόσο χρήσιμη μέθοδος μελέτης, αφού θα πρέπει να γνωρίζω ήδη το μοριακό τύπο. Αν κάνω μια νέα αντίδραση και πάρω ένα προϊόν για πρώτη φορά, τι μπορώ να κάνω? Πράγματι, έχεις δίκιο σε αυτό, αλλά και πάλι θα δεις ότι η μέθοδος βοηθάει να εντοπίσουμε και λάθη που κάναμε στην αξιολόγηση των αποτελεσμάτων άλλων μετρήσεών μας. Εδώ ξεκινούμε με κάτι γνωστό όμως. Έχουμε τώρα τη μαγνήτηση αναμόλ ουσίας με τη μορφή της μαγνητικής επιδεκτικότητας. Μάλιστα, να δούμε όμως πώς θα προχωρήσουμε. Η αποτελεσματική μαγνητική ροπή του δείγματος μας ΜΙΕΦ είναι ένα μέγεθος που εξαρτάται από τη μαγνητική επιδεκτικότητα. Επειδή όμως αναφέρεται σε ένα μακροσκοπικό δείγμα, δεν μπορεί παρά να έχει περιγραφή με όρους στατιστικής και στην περίπτωση αυτή θα μπλέξουμε πάλι με παράγοντες όπως το ΚΤΕ. Γιατί αυτό? Είχα την εντύπωση πως αυτό σχετίζεται με τη στατιστική θερμοδυναμική. Ακριβώς αυτό είπα μόλις τώρα με τον τρόπο μου. Οι επιμέρους μαγνητήσεις των μωρίων του δείγματος έχουν μια στατιστική κατανομή ως προς το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Τελικά, η μαγνητική ροπή δίνεται ως ΜΙΕΦΟΝ 2,83 επί ρίζα του ΧΠΤ. Προσοχή, το 4 βαθμούς Κ. Εντάξει. Εδώ βάλαμε κι άλλο ένα μέγεθος σε τραπέζι, βάλαμε και τη στατιστική, όμως δεν έχουμε ακόμα ρατώ αποτέλεσμα όσον αφορά το χαρακτηρισμό της Ένωση που μας ενδιαφέρει. Πρόσεξέ με τώρα για να δεις. Στον ΜΜΟΡ οφείλεται μια απλούστερη σχέση που μας λέει πως αν η Ένωσή μας έχει στο μόριό της νεία συζευκτά ηλεκτρόνια και η μαγνητική της συμπεριφορά οφείλεται μόνο σε αυτά, η μαγνητική ροπή του δείγματος που μελετάμε δίνεται ως ρίζα του νι επεινήσιν δύο και γι' αυτό άλλωστε μετράται σε μαγνητών εσμόρ. Εσθάνεσαι καλύτερα τώρα. Καταλήξαμε σε κάτι που έχει μέσα του κάτι χρήσιμο για την Ένωση δηλαδή τον αριθμό των μονήρων ηλεκτρονίων της.