Il paramagnetismo di Pauli: come influisce sugli elementi del blocco s e p
Il paramagnetismo di Pauli si riferisce alla tendenza degli elettroni di conduzione presenti nei solidi metallici di allinearsi con un campo magnetico esterno. Questa proprietà è associata ai momenti permanenti generati dagli elettroni di conduzione, caratterizzando il fenomeno del paramagnetismo di Pauli.
Ciascun elettrone in un atomo possiede un momento angolare di spin e, tranne nel caso degli elettroni che occupano un orbitale s, un momento angolare orbitale. A questi momenti angolari sono associati un momento magnetico di spin e un momento magnetico orbitale, in virtù della carica elettrica dell’elettrone.
Nel contesto di un atomo polielettronico isolato, la presenza di elettroni spaiati nel livello più esterno genera un momento elettronico permanente, risultante dalla combinazione dei momenti magnetici di spin e orbitale. Questo comportamento è tipico degli atomi dei blocchi s e p.
Gli atomi isolati dei metalli alcalini, con configurazione elettronica ns1, e altri elementi con un numero dispari di elettroni, come idrogeno, azoto e gli alogeni, mostrano un momento magnetico di spin. Al contrario, gli atomi dei gas nobili, con configurazione elettronica esterna ns2, np6, sono sostanze diamagnetiche e non presentano momento magnetico di spin.
Nel caso di un insieme di atomi gassosi non interagenti, il movimento casuale dei dipoli magnetici associati a ciascun atomo, generato dall’agitazione termica, comporta l’assenza di un momento magnetico complessivo per la sostanza gassosa.
Nei blocchi d e f, gli elementi comportano propriamente diverso rispetto a quelli dei blocchi s e p, in quanto danno comunemente composti contenenti elettroni spaiati e quindi manifestano proprietà paramagnetiche. Tuttavia, allo stato elementare, presentano un magnetismo variabile e spesso indipendente dalla temperatura.
Ad esempio, il ferro, il cobalto, il nichel e il gadolinio mostrano un comportamento ferromagnetico allo stato elementare, mentre gli atomi del gruppo IB e IIB sono diamagnetici. Queste differenze di comportamento possono essere correlate alla presenza di elettroni spaiati nel livello più esterno negli elementi s e p, e invece in orbitali di livello più interni negli elementi d e f.
Il paramagnetismo di debole intensità, indipendente dalla temperatura e chiamato paramagnetismo di Pauli, è visibile negli elementi d e f allo stato elementare. Tale fenomeno può essere spiegato mediante il modello a bande del legame metallico, in cui l’immersione della sostanza in un campo magnetico esterno porta a una variazione di energia dei due gruppi di livelli contenenti elettroni con spin diverso, generando un momento magnetico risultante di debole intensità.
Le differenze nei comportamenti magnetici degli elementi nei vari blocchi della tavola periodica sono affascinanti e offrono approfondimenti interessanti sulla natura e le proprietà dei materiali. Sebbene il tema sia complesso, le proprietà magnetiche dei vari elementi giocano un ruolo cruciale nella nostra comprensione della materia e nelle sue applicazioni pratiche.
