Paramagnetsubstanzen

Paramagnetsubstanzen sind Stoffe, die im äußeren Magnetfeld eine positive magnetische Suszeptibilität χ aufweisen. Sie besitzen ungepaarte Elektronenspins, deren mikroskopische Momente sich dem Feld teilweise ausrichten, wodurch eine magnetisierte Zustand entsteht. Die magnetische Wirkung ist im Feld proportional (M = χH) und verschwindet weitgehend, wenn das Feld entfernt wird. Im Gegensatz zu Diamagneten besitzen Paramagnetsubstanzen eine positive χ; im Gegensatz zu Ferromagneten zeigen sie keine spontane Magnetisierung oder Remanenz.

Die Suszeptibilität hängt stark von der Temperatur ab. Ideale Paramagneten folgen dem Curie-Gesetz χ = C/T. Realistische Materialien folgen dem Curie-Weiss-Gesetz χ = C/(T − θ), wobei θ die Weiss-Konstante interspezifischer Wechselwirkungen beschreibt (θ > 0 deuten auf ansteigende Wechselwirkungen, θ < 0 auf Antiferromagnetismus).

Ursache sind ungepaarte Elektronenspins, deren Gesamtmoment im Feld ausgerichtet wird. Das effektive magnetische Moment lässt sich oft durch μ_eff ≈ g√(S(S+1)) μB bestimmen; bei ungepaarten Elektronen näherungsweise μ_eff ≈ √(n(n+2)) μB (n = Anzahl ungepaarter Elektronen).

Beispiele umfassen O2-Gas, das aufgrund zweier ungepaarter Elektronen paramagnetisch ist, sowie viele Übergangsmetall-Ionen und lanthanide-/actinide-Verbindungen. Paramagnetsubstanzen finden Anwendungen in der Medizin (MRT-Kontrastmittel auf Gadolinium-Basis) und in der Grundlagenforschung, insbesondere in der Magnetresonanz- und EPR-Spektroskopie.

Typische Messungen erfolgen mit SQUID- oder VSM-Magnetometrie zur Bestimmung von χ, oder mit EPR-Spektroskopie zur Erfassung ungepaarter Elektronen und Spins.