36
Propiedades Magnéticas Martha E. Sosa Torres [email protected] QUÍMICA DE COORDINACIÓN

QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

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Propiedades Magneacuteticas

Martha E Sosa Torres

mestunammx

QUIacuteMICA DE COORDINACIOacuteN

Magnetismo

Magnetismo fenoacutemeno fiacutesico en el cual los

objetos ejercen fuerzas de atraccioacuten o

repulsioacuten sobre otros materiales

ldquoTodos los materiales son influidos de

mayor o menor forma por la presencia de

un campo magneacuteticordquo

M Faraday

2

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

3

En 1845 Faraday descubrioacute que muchos materiales exhibiacutean una deacutebil repulsioacuten frente acampos magneacuteticos un fenoacutemeno que denominoacute diamagnetismo y es donde la sustancia esmagnetizada en direccioacuten opuesta a la del campo magneacutetico aplicado

Veacutease G Carmona (hellip) L Garciacutea-Coliacuten S Michael Faraday diamagnetismo y el efecto hall cuaacutentico en MICHAEL

FARADAY UN GENIO DE LA FIacuteSICA EXPERIMENTAL (La ciencia para todos 136) FCE Cap 7 1995

Michael Faraday ha sido uno de los maacutes grandes cientiacuteficos que han existido en

la historia de la humanidad ndash realizoacute grandes descubrimientos e invenciones en

el campo del electromagnetismo y la quiacutemica

4

Tipos de comportamiento magneacutetico

Comportamiento simple Diamagnetismo y paramagnetismo

Efectos cooperativos ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes

5

Compuestos diamagneacutetico son compuestos que son repelidos por un campo magneacutetico

El grafito piroliacutetico tiene una de las susceptibilidades maacutes negativas que cualquier otro material a temperatura ambiente La imagen es un muestra de grafito piroliacutetico suspendida sobre una matriz de imanes de neodimio

httpseswikipediaorgwikiDiamagnetismo 6

Compuestos paramagneacuteticos son compuestos que son atraiacutedos por un campo magneacutetico

Los materiales paramagneacuteticos poseen susceptibilidades magneacuteticas positivas y son atraiacutedos por campos magneacuteticos aunque no se transforman en materiales magnetizados en forma permanente Algunos ejemplos son el aire el cromo el titanio etc

httpswwwgooglecomsearchq=paramagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk022zwrGBd7HEu_6v02WtLbcuA1bmQ1590451174578ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwjP66uqnNDpAhVJKKwKHX3YC3oQ_AUoAXoECBAQAwampbiw=1419ampbih=863 7

Compuestos ferromagneacuteticos

Ejemplos de agunos materiales ferromagneacuteticos son los compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto tungsteno niacutequel y aluminio

httpswwwgooglecomsearchq=ferromagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk038EoXMXptAb5Z3tWNkYMk4NXrqWQ1590451255078ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwiorN3QnNDpAhUDRqwKHWErAx4Q_AUoAXoECBMQAwampbiw=1419ampbih=863

8

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

El campo magneacutetico generado por un aacutetomo se

debe al acoplamiento entre

El momento magneacutetico de espiacuten debido a la

precesioacuten de los electrones sobre su propio eje

y al momento magneacutetico orbital debido al

movimiento del electroacuten alrededor del nuacutecleo

12

La combinacioacuten resultante de los momentos magneacutetico de espiacuten y el momento magneacutetico orbital de los aacutetomos que constituyen una sustancia da lugar a las propiedades magneacuteticas observadas macroscoacutepicamente

Origen del momento magneacutetico atoacutemico

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Acoplamiento Russel-SandersiquestCoacutemo el momento angular de espiacuten y momento angular orbital se combinan para formar el momento angular total de un aacutetomo

14

La interaccioacuten LS no es tan fuerte en los elementos del 4ordm periodo de la tabla perioacutedica J = L + S = Σ lj+Σ sj acoplamiento Russel-SandersJ = (L + S) (L + S ndash 1) ( L + S ndash 2) hellip L ndash Sλ gt 0 L es antiparalelo a S por menos de la mitad de capa de electronesλ lt 0 L es paralelo a S para mas de la mitad de capa de electrones

Interaccioacuten espiacuten-oacuterbita

ĤLS= L middot S doacutende =2S

es la cte de acoplamiento espiacuten- oacuterbita y es la cte de acoplamiento espiacuten-orbita monoelectroacutenica

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

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Magnetismo

Magnetismo fenoacutemeno fiacutesico en el cual los

objetos ejercen fuerzas de atraccioacuten o

repulsioacuten sobre otros materiales

ldquoTodos los materiales son influidos de

mayor o menor forma por la presencia de

un campo magneacuteticordquo

M Faraday

2

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

3

En 1845 Faraday descubrioacute que muchos materiales exhibiacutean una deacutebil repulsioacuten frente acampos magneacuteticos un fenoacutemeno que denominoacute diamagnetismo y es donde la sustancia esmagnetizada en direccioacuten opuesta a la del campo magneacutetico aplicado

Veacutease G Carmona (hellip) L Garciacutea-Coliacuten S Michael Faraday diamagnetismo y el efecto hall cuaacutentico en MICHAEL

FARADAY UN GENIO DE LA FIacuteSICA EXPERIMENTAL (La ciencia para todos 136) FCE Cap 7 1995

Michael Faraday ha sido uno de los maacutes grandes cientiacuteficos que han existido en

la historia de la humanidad ndash realizoacute grandes descubrimientos e invenciones en

el campo del electromagnetismo y la quiacutemica

4

Tipos de comportamiento magneacutetico

Comportamiento simple Diamagnetismo y paramagnetismo

Efectos cooperativos ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes

5

Compuestos diamagneacutetico son compuestos que son repelidos por un campo magneacutetico

El grafito piroliacutetico tiene una de las susceptibilidades maacutes negativas que cualquier otro material a temperatura ambiente La imagen es un muestra de grafito piroliacutetico suspendida sobre una matriz de imanes de neodimio

httpseswikipediaorgwikiDiamagnetismo 6

Compuestos paramagneacuteticos son compuestos que son atraiacutedos por un campo magneacutetico

Los materiales paramagneacuteticos poseen susceptibilidades magneacuteticas positivas y son atraiacutedos por campos magneacuteticos aunque no se transforman en materiales magnetizados en forma permanente Algunos ejemplos son el aire el cromo el titanio etc

httpswwwgooglecomsearchq=paramagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk022zwrGBd7HEu_6v02WtLbcuA1bmQ1590451174578ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwjP66uqnNDpAhVJKKwKHX3YC3oQ_AUoAXoECBAQAwampbiw=1419ampbih=863 7

Compuestos ferromagneacuteticos

Ejemplos de agunos materiales ferromagneacuteticos son los compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto tungsteno niacutequel y aluminio

httpswwwgooglecomsearchq=ferromagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk038EoXMXptAb5Z3tWNkYMk4NXrqWQ1590451255078ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwiorN3QnNDpAhUDRqwKHWErAx4Q_AUoAXoECBMQAwampbiw=1419ampbih=863

8

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

El campo magneacutetico generado por un aacutetomo se

debe al acoplamiento entre

El momento magneacutetico de espiacuten debido a la

precesioacuten de los electrones sobre su propio eje

y al momento magneacutetico orbital debido al

movimiento del electroacuten alrededor del nuacutecleo

12

La combinacioacuten resultante de los momentos magneacutetico de espiacuten y el momento magneacutetico orbital de los aacutetomos que constituyen una sustancia da lugar a las propiedades magneacuteticas observadas macroscoacutepicamente

Origen del momento magneacutetico atoacutemico

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Acoplamiento Russel-SandersiquestCoacutemo el momento angular de espiacuten y momento angular orbital se combinan para formar el momento angular total de un aacutetomo

14

La interaccioacuten LS no es tan fuerte en los elementos del 4ordm periodo de la tabla perioacutedica J = L + S = Σ lj+Σ sj acoplamiento Russel-SandersJ = (L + S) (L + S ndash 1) ( L + S ndash 2) hellip L ndash Sλ gt 0 L es antiparalelo a S por menos de la mitad de capa de electronesλ lt 0 L es paralelo a S para mas de la mitad de capa de electrones

Interaccioacuten espiacuten-oacuterbita

ĤLS= L middot S doacutende =2S

es la cte de acoplamiento espiacuten- oacuterbita y es la cte de acoplamiento espiacuten-orbita monoelectroacutenica

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 3: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

3

En 1845 Faraday descubrioacute que muchos materiales exhibiacutean una deacutebil repulsioacuten frente acampos magneacuteticos un fenoacutemeno que denominoacute diamagnetismo y es donde la sustancia esmagnetizada en direccioacuten opuesta a la del campo magneacutetico aplicado

Veacutease G Carmona (hellip) L Garciacutea-Coliacuten S Michael Faraday diamagnetismo y el efecto hall cuaacutentico en MICHAEL

FARADAY UN GENIO DE LA FIacuteSICA EXPERIMENTAL (La ciencia para todos 136) FCE Cap 7 1995

Michael Faraday ha sido uno de los maacutes grandes cientiacuteficos que han existido en

la historia de la humanidad ndash realizoacute grandes descubrimientos e invenciones en

el campo del electromagnetismo y la quiacutemica

4

Tipos de comportamiento magneacutetico

Comportamiento simple Diamagnetismo y paramagnetismo

Efectos cooperativos ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes

5

Compuestos diamagneacutetico son compuestos que son repelidos por un campo magneacutetico

El grafito piroliacutetico tiene una de las susceptibilidades maacutes negativas que cualquier otro material a temperatura ambiente La imagen es un muestra de grafito piroliacutetico suspendida sobre una matriz de imanes de neodimio

httpseswikipediaorgwikiDiamagnetismo 6

Compuestos paramagneacuteticos son compuestos que son atraiacutedos por un campo magneacutetico

Los materiales paramagneacuteticos poseen susceptibilidades magneacuteticas positivas y son atraiacutedos por campos magneacuteticos aunque no se transforman en materiales magnetizados en forma permanente Algunos ejemplos son el aire el cromo el titanio etc

httpswwwgooglecomsearchq=paramagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk022zwrGBd7HEu_6v02WtLbcuA1bmQ1590451174578ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwjP66uqnNDpAhVJKKwKHX3YC3oQ_AUoAXoECBAQAwampbiw=1419ampbih=863 7

Compuestos ferromagneacuteticos

Ejemplos de agunos materiales ferromagneacuteticos son los compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto tungsteno niacutequel y aluminio

httpswwwgooglecomsearchq=ferromagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk038EoXMXptAb5Z3tWNkYMk4NXrqWQ1590451255078ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwiorN3QnNDpAhUDRqwKHWErAx4Q_AUoAXoECBMQAwampbiw=1419ampbih=863

8

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

El campo magneacutetico generado por un aacutetomo se

debe al acoplamiento entre

El momento magneacutetico de espiacuten debido a la

precesioacuten de los electrones sobre su propio eje

y al momento magneacutetico orbital debido al

movimiento del electroacuten alrededor del nuacutecleo

12

La combinacioacuten resultante de los momentos magneacutetico de espiacuten y el momento magneacutetico orbital de los aacutetomos que constituyen una sustancia da lugar a las propiedades magneacuteticas observadas macroscoacutepicamente

Origen del momento magneacutetico atoacutemico

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Acoplamiento Russel-SandersiquestCoacutemo el momento angular de espiacuten y momento angular orbital se combinan para formar el momento angular total de un aacutetomo

14

La interaccioacuten LS no es tan fuerte en los elementos del 4ordm periodo de la tabla perioacutedica J = L + S = Σ lj+Σ sj acoplamiento Russel-SandersJ = (L + S) (L + S ndash 1) ( L + S ndash 2) hellip L ndash Sλ gt 0 L es antiparalelo a S por menos de la mitad de capa de electronesλ lt 0 L es paralelo a S para mas de la mitad de capa de electrones

Interaccioacuten espiacuten-oacuterbita

ĤLS= L middot S doacutende =2S

es la cte de acoplamiento espiacuten- oacuterbita y es la cte de acoplamiento espiacuten-orbita monoelectroacutenica

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

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Michael Faraday ha sido uno de los maacutes grandes cientiacuteficos que han existido en

la historia de la humanidad ndash realizoacute grandes descubrimientos e invenciones en

el campo del electromagnetismo y la quiacutemica

4

Tipos de comportamiento magneacutetico

Comportamiento simple Diamagnetismo y paramagnetismo

Efectos cooperativos ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes

5

Compuestos diamagneacutetico son compuestos que son repelidos por un campo magneacutetico

El grafito piroliacutetico tiene una de las susceptibilidades maacutes negativas que cualquier otro material a temperatura ambiente La imagen es un muestra de grafito piroliacutetico suspendida sobre una matriz de imanes de neodimio

httpseswikipediaorgwikiDiamagnetismo 6

Compuestos paramagneacuteticos son compuestos que son atraiacutedos por un campo magneacutetico

Los materiales paramagneacuteticos poseen susceptibilidades magneacuteticas positivas y son atraiacutedos por campos magneacuteticos aunque no se transforman en materiales magnetizados en forma permanente Algunos ejemplos son el aire el cromo el titanio etc

httpswwwgooglecomsearchq=paramagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk022zwrGBd7HEu_6v02WtLbcuA1bmQ1590451174578ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwjP66uqnNDpAhVJKKwKHX3YC3oQ_AUoAXoECBAQAwampbiw=1419ampbih=863 7

Compuestos ferromagneacuteticos

Ejemplos de agunos materiales ferromagneacuteticos son los compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto tungsteno niacutequel y aluminio

httpswwwgooglecomsearchq=ferromagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk038EoXMXptAb5Z3tWNkYMk4NXrqWQ1590451255078ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwiorN3QnNDpAhUDRqwKHWErAx4Q_AUoAXoECBMQAwampbiw=1419ampbih=863

8

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

El campo magneacutetico generado por un aacutetomo se

debe al acoplamiento entre

El momento magneacutetico de espiacuten debido a la

precesioacuten de los electrones sobre su propio eje

y al momento magneacutetico orbital debido al

movimiento del electroacuten alrededor del nuacutecleo

12

La combinacioacuten resultante de los momentos magneacutetico de espiacuten y el momento magneacutetico orbital de los aacutetomos que constituyen una sustancia da lugar a las propiedades magneacuteticas observadas macroscoacutepicamente

Origen del momento magneacutetico atoacutemico

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Acoplamiento Russel-SandersiquestCoacutemo el momento angular de espiacuten y momento angular orbital se combinan para formar el momento angular total de un aacutetomo

14

La interaccioacuten LS no es tan fuerte en los elementos del 4ordm periodo de la tabla perioacutedica J = L + S = Σ lj+Σ sj acoplamiento Russel-SandersJ = (L + S) (L + S ndash 1) ( L + S ndash 2) hellip L ndash Sλ gt 0 L es antiparalelo a S por menos de la mitad de capa de electronesλ lt 0 L es paralelo a S para mas de la mitad de capa de electrones

Interaccioacuten espiacuten-oacuterbita

ĤLS= L middot S doacutende =2S

es la cte de acoplamiento espiacuten- oacuterbita y es la cte de acoplamiento espiacuten-orbita monoelectroacutenica

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 5: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Tipos de comportamiento magneacutetico

Comportamiento simple Diamagnetismo y paramagnetismo

Efectos cooperativos ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes

5

Compuestos diamagneacutetico son compuestos que son repelidos por un campo magneacutetico

El grafito piroliacutetico tiene una de las susceptibilidades maacutes negativas que cualquier otro material a temperatura ambiente La imagen es un muestra de grafito piroliacutetico suspendida sobre una matriz de imanes de neodimio

httpseswikipediaorgwikiDiamagnetismo 6

Compuestos paramagneacuteticos son compuestos que son atraiacutedos por un campo magneacutetico

Los materiales paramagneacuteticos poseen susceptibilidades magneacuteticas positivas y son atraiacutedos por campos magneacuteticos aunque no se transforman en materiales magnetizados en forma permanente Algunos ejemplos son el aire el cromo el titanio etc

httpswwwgooglecomsearchq=paramagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk022zwrGBd7HEu_6v02WtLbcuA1bmQ1590451174578ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwjP66uqnNDpAhVJKKwKHX3YC3oQ_AUoAXoECBAQAwampbiw=1419ampbih=863 7

Compuestos ferromagneacuteticos

Ejemplos de agunos materiales ferromagneacuteticos son los compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto tungsteno niacutequel y aluminio

httpswwwgooglecomsearchq=ferromagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk038EoXMXptAb5Z3tWNkYMk4NXrqWQ1590451255078ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwiorN3QnNDpAhUDRqwKHWErAx4Q_AUoAXoECBMQAwampbiw=1419ampbih=863

8

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

El campo magneacutetico generado por un aacutetomo se

debe al acoplamiento entre

El momento magneacutetico de espiacuten debido a la

precesioacuten de los electrones sobre su propio eje

y al momento magneacutetico orbital debido al

movimiento del electroacuten alrededor del nuacutecleo

12

La combinacioacuten resultante de los momentos magneacutetico de espiacuten y el momento magneacutetico orbital de los aacutetomos que constituyen una sustancia da lugar a las propiedades magneacuteticas observadas macroscoacutepicamente

Origen del momento magneacutetico atoacutemico

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Acoplamiento Russel-SandersiquestCoacutemo el momento angular de espiacuten y momento angular orbital se combinan para formar el momento angular total de un aacutetomo

14

La interaccioacuten LS no es tan fuerte en los elementos del 4ordm periodo de la tabla perioacutedica J = L + S = Σ lj+Σ sj acoplamiento Russel-SandersJ = (L + S) (L + S ndash 1) ( L + S ndash 2) hellip L ndash Sλ gt 0 L es antiparalelo a S por menos de la mitad de capa de electronesλ lt 0 L es paralelo a S para mas de la mitad de capa de electrones

Interaccioacuten espiacuten-oacuterbita

ĤLS= L middot S doacutende =2S

es la cte de acoplamiento espiacuten- oacuterbita y es la cte de acoplamiento espiacuten-orbita monoelectroacutenica

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

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Compuestos diamagneacutetico son compuestos que son repelidos por un campo magneacutetico

El grafito piroliacutetico tiene una de las susceptibilidades maacutes negativas que cualquier otro material a temperatura ambiente La imagen es un muestra de grafito piroliacutetico suspendida sobre una matriz de imanes de neodimio

httpseswikipediaorgwikiDiamagnetismo 6

Compuestos paramagneacuteticos son compuestos que son atraiacutedos por un campo magneacutetico

Los materiales paramagneacuteticos poseen susceptibilidades magneacuteticas positivas y son atraiacutedos por campos magneacuteticos aunque no se transforman en materiales magnetizados en forma permanente Algunos ejemplos son el aire el cromo el titanio etc

httpswwwgooglecomsearchq=paramagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk022zwrGBd7HEu_6v02WtLbcuA1bmQ1590451174578ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwjP66uqnNDpAhVJKKwKHX3YC3oQ_AUoAXoECBAQAwampbiw=1419ampbih=863 7

Compuestos ferromagneacuteticos

Ejemplos de agunos materiales ferromagneacuteticos son los compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto tungsteno niacutequel y aluminio

httpswwwgooglecomsearchq=ferromagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk038EoXMXptAb5Z3tWNkYMk4NXrqWQ1590451255078ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwiorN3QnNDpAhUDRqwKHWErAx4Q_AUoAXoECBMQAwampbiw=1419ampbih=863

8

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

El campo magneacutetico generado por un aacutetomo se

debe al acoplamiento entre

El momento magneacutetico de espiacuten debido a la

precesioacuten de los electrones sobre su propio eje

y al momento magneacutetico orbital debido al

movimiento del electroacuten alrededor del nuacutecleo

12

La combinacioacuten resultante de los momentos magneacutetico de espiacuten y el momento magneacutetico orbital de los aacutetomos que constituyen una sustancia da lugar a las propiedades magneacuteticas observadas macroscoacutepicamente

Origen del momento magneacutetico atoacutemico

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Acoplamiento Russel-SandersiquestCoacutemo el momento angular de espiacuten y momento angular orbital se combinan para formar el momento angular total de un aacutetomo

14

La interaccioacuten LS no es tan fuerte en los elementos del 4ordm periodo de la tabla perioacutedica J = L + S = Σ lj+Σ sj acoplamiento Russel-SandersJ = (L + S) (L + S ndash 1) ( L + S ndash 2) hellip L ndash Sλ gt 0 L es antiparalelo a S por menos de la mitad de capa de electronesλ lt 0 L es paralelo a S para mas de la mitad de capa de electrones

Interaccioacuten espiacuten-oacuterbita

ĤLS= L middot S doacutende =2S

es la cte de acoplamiento espiacuten- oacuterbita y es la cte de acoplamiento espiacuten-orbita monoelectroacutenica

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 7: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Compuestos paramagneacuteticos son compuestos que son atraiacutedos por un campo magneacutetico

Los materiales paramagneacuteticos poseen susceptibilidades magneacuteticas positivas y son atraiacutedos por campos magneacuteticos aunque no se transforman en materiales magnetizados en forma permanente Algunos ejemplos son el aire el cromo el titanio etc

httpswwwgooglecomsearchq=paramagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk022zwrGBd7HEu_6v02WtLbcuA1bmQ1590451174578ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwjP66uqnNDpAhVJKKwKHX3YC3oQ_AUoAXoECBAQAwampbiw=1419ampbih=863 7

Compuestos ferromagneacuteticos

Ejemplos de agunos materiales ferromagneacuteticos son los compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto tungsteno niacutequel y aluminio

httpswwwgooglecomsearchq=ferromagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk038EoXMXptAb5Z3tWNkYMk4NXrqWQ1590451255078ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwiorN3QnNDpAhUDRqwKHWErAx4Q_AUoAXoECBMQAwampbiw=1419ampbih=863

8

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

El campo magneacutetico generado por un aacutetomo se

debe al acoplamiento entre

El momento magneacutetico de espiacuten debido a la

precesioacuten de los electrones sobre su propio eje

y al momento magneacutetico orbital debido al

movimiento del electroacuten alrededor del nuacutecleo

12

La combinacioacuten resultante de los momentos magneacutetico de espiacuten y el momento magneacutetico orbital de los aacutetomos que constituyen una sustancia da lugar a las propiedades magneacuteticas observadas macroscoacutepicamente

Origen del momento magneacutetico atoacutemico

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Acoplamiento Russel-SandersiquestCoacutemo el momento angular de espiacuten y momento angular orbital se combinan para formar el momento angular total de un aacutetomo

14

La interaccioacuten LS no es tan fuerte en los elementos del 4ordm periodo de la tabla perioacutedica J = L + S = Σ lj+Σ sj acoplamiento Russel-SandersJ = (L + S) (L + S ndash 1) ( L + S ndash 2) hellip L ndash Sλ gt 0 L es antiparalelo a S por menos de la mitad de capa de electronesλ lt 0 L es paralelo a S para mas de la mitad de capa de electrones

Interaccioacuten espiacuten-oacuterbita

ĤLS= L middot S doacutende =2S

es la cte de acoplamiento espiacuten- oacuterbita y es la cte de acoplamiento espiacuten-orbita monoelectroacutenica

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 8: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Compuestos ferromagneacuteticos

Ejemplos de agunos materiales ferromagneacuteticos son los compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto tungsteno niacutequel y aluminio

httpswwwgooglecomsearchq=ferromagnetismampclient=firefox-b-dampchannel=trow2ampsxsrf=ALeKk038EoXMXptAb5Z3tWNkYMk4NXrqWQ1590451255078ampsource=lnmsamptbm=ischampsa=Xampved=2ahUKEwiorN3QnNDpAhUDRqwKHWErAx4Q_AUoAXoECBMQAwampbiw=1419ampbih=863

8

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

El campo magneacutetico generado por un aacutetomo se

debe al acoplamiento entre

El momento magneacutetico de espiacuten debido a la

precesioacuten de los electrones sobre su propio eje

y al momento magneacutetico orbital debido al

movimiento del electroacuten alrededor del nuacutecleo

12

La combinacioacuten resultante de los momentos magneacutetico de espiacuten y el momento magneacutetico orbital de los aacutetomos que constituyen una sustancia da lugar a las propiedades magneacuteticas observadas macroscoacutepicamente

Origen del momento magneacutetico atoacutemico

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Acoplamiento Russel-SandersiquestCoacutemo el momento angular de espiacuten y momento angular orbital se combinan para formar el momento angular total de un aacutetomo

14

La interaccioacuten LS no es tan fuerte en los elementos del 4ordm periodo de la tabla perioacutedica J = L + S = Σ lj+Σ sj acoplamiento Russel-SandersJ = (L + S) (L + S ndash 1) ( L + S ndash 2) hellip L ndash Sλ gt 0 L es antiparalelo a S por menos de la mitad de capa de electronesλ lt 0 L es paralelo a S para mas de la mitad de capa de electrones

Interaccioacuten espiacuten-oacuterbita

ĤLS= L middot S doacutende =2S

es la cte de acoplamiento espiacuten- oacuterbita y es la cte de acoplamiento espiacuten-orbita monoelectroacutenica

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 9: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

El campo magneacutetico generado por un aacutetomo se

debe al acoplamiento entre

El momento magneacutetico de espiacuten debido a la

precesioacuten de los electrones sobre su propio eje

y al momento magneacutetico orbital debido al

movimiento del electroacuten alrededor del nuacutecleo

12

La combinacioacuten resultante de los momentos magneacutetico de espiacuten y el momento magneacutetico orbital de los aacutetomos que constituyen una sustancia da lugar a las propiedades magneacuteticas observadas macroscoacutepicamente

Origen del momento magneacutetico atoacutemico

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Acoplamiento Russel-SandersiquestCoacutemo el momento angular de espiacuten y momento angular orbital se combinan para formar el momento angular total de un aacutetomo

14

La interaccioacuten LS no es tan fuerte en los elementos del 4ordm periodo de la tabla perioacutedica J = L + S = Σ lj+Σ sj acoplamiento Russel-SandersJ = (L + S) (L + S ndash 1) ( L + S ndash 2) hellip L ndash Sλ gt 0 L es antiparalelo a S por menos de la mitad de capa de electronesλ lt 0 L es paralelo a S para mas de la mitad de capa de electrones

Interaccioacuten espiacuten-oacuterbita

ĤLS= L middot S doacutende =2S

es la cte de acoplamiento espiacuten- oacuterbita y es la cte de acoplamiento espiacuten-orbita monoelectroacutenica

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

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Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Acoplamiento Russel-SandersiquestCoacutemo el momento angular de espiacuten y momento angular orbital se combinan para formar el momento angular total de un aacutetomo

14

La interaccioacuten LS no es tan fuerte en los elementos del 4ordm periodo de la tabla perioacutedica J = L + S = Σ lj+Σ sj acoplamiento Russel-SandersJ = (L + S) (L + S ndash 1) ( L + S ndash 2) hellip L ndash Sλ gt 0 L es antiparalelo a S por menos de la mitad de capa de electronesλ lt 0 L es paralelo a S para mas de la mitad de capa de electrones

Interaccioacuten espiacuten-oacuterbita

ĤLS= L middot S doacutende =2S

es la cte de acoplamiento espiacuten- oacuterbita y es la cte de acoplamiento espiacuten-orbita monoelectroacutenica

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 11: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

Acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los electrones en la

orbita en la que se mueven y con los demaacutes electrones y en sus

respectivas orbitas Tenemos

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es maacutes aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados

como los lantaacutenidos

15

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 12: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Momento magneacutetico μ

donde gJ es conocido como factor espectroscoacutepico o g de Lande

Momento magneacutetico efectivo

16

12

1111

JJ

LLSSJJg

JgSgL

J

Be

eB

B

BOS

BJeff

SS

SSg

JJg

12

1

1

2 Beff SSgLL 11 2

OS = ldquoonly spinrdquo

MB

MB

MB

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 13: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Sustancia paramagneacutetica

En los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico es causado principalmente por el

espiacuten electroacutenico ldquoonly spinrdquo

17

00231932g

SgSg

e

Be

eB

MBnn

SSg BOS

2

12

M B

MBMBef

Aacutetomo aislado

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 14: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Aacutetomo aislado

18

g = 20 (sin contribucioacuten orbital)

e- S ef

1 12 173

2 1 283

3 32 387

4 2 490

5 52 592

6 3 693

7 72 794

En general en los metales 3d paramagneacuteticos el momento magneacutetico escausado principalmente por el espiacuten electroacutenico S no hay contribucioacuten orbital L = 0

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 15: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Ejemplos de algunos compuestos de coordinacioacuten paramagneacuteticos

trans-[Cr(ciclam)Cl2]TCNQH2O

μef = 384 MB

[Fe(DMSO)6](NO3)3

μef = 591 MB

[Cu2(AcO)]42H2O

μef = 217 MB

K2[Cu(ox)2]

μef = 17 MB

trans-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 386 MB

[[Ni2(tpmc)(micro-NO3)](NO3)3(H2O)2[LiNO33H2O]

μef = 475 MB

[Fe(acac)3

μef = 592 MB

cis-[Cr(ciclam)Cl2]Cl

μef = 383 MB

19

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 16: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Momentos magneacuteticos calculados y observados para algunos iones

de metales de transicioacuten

Ion Nuacutemero de electrones

desapareados

Momento magneacutetico

calculado

(MB)

Momento magneacutetico

observado

(MB)

V4+ 1 173 17-18

Cu2+ 1 173 17-22

V3+ 2 283 26-28

Ni2+ 2 283 28-40

Cr3+ 3 387 38

Co2+ 3 387 41-52

Fe2+ 4 49 51-55

Co3+ 4 490 54

Mn2+ 5 592 59

Fe3+ 5 592 59

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+ 20

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 17: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

iquestCoacutemo obtener los momentos magneacuteticos en el laboratorio

21

En el laboratorio se han sintetizado compuestos y se les ha determinado su

susceptibilidad magneacutetica en una balanza de tipo Evans los datos mostrados son los

obtenidos al llenar los tubos de cuarzo

CompuestoPeso

muestra (g)Altura tubo

(cm)R0 R

[Fe(acac)3] 115 17 -15 256

K4[Cu(ox)3] 165 145 -8 21

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 17 15 -12 4

[Cu2(AcO)4]2H2O 16 14 -7 51

Donde acac es acetilacetonato ox es oxalato en es etilendiamina y AcO

es acetato Datos adicionales Tmed 20 degC Cbal 09927

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 18: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Realizando las sustituciones correspondientes

22

Datos T = 20 degC + 27315 = 29315 K Cbal 09927

Para el compuesto [Fe(acac)3] PM = 35284 gmol

Mmuestra 115 g

l (cm) 17

R 256

R0 -15

T 20 degC (29315K)

muestra

7

0balg

m10

RRlC

MPgM

ef = 592 MB

microef = 284(gCD

MT)12

emumol

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 19: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

G A Bain J F Berry J Chem Educ 2008 85 532

Susceptibilidad total

exp = para + dia

para = exp - dia

La susceptibilidad magneacutetica

obtenida (exp) es corregida por

las contribuciones diamagneacuteticas

(constantes de Pascal) de acuerdo

a los valores enlistados en la

siguiente tabla

23

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 20: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

24

CompuestoM

(emumol)M (exp)

(MB)M (teoacute)

(MB)

[Fe(acac)3] 144x10-2 582 592 (d5 HS)

K4[Cu(ox)3] 122x10-3 169 173 (d9)

trans-[Co(en)2(Cl)2]Cl 400x10-4 009 0 (diam) (d0)

[Cu2(AcO)4]2H2O 201x10-3 216 245

iquestQueacute pasa en el acetato cuacuteprico

iquestPor queacute da una menor respuesta magneacutetica

Y haciendo lo mismo para los demaacutes compuestos tenemos

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 21: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

El acetato de cobre (II) monohidratado es un compuesto dinuclear

dCu-Cu = 2617 Ǻ vs

dCu-Cu = 255 Ǻ (metal)

El momento magneacutetico para especies dinucleares

ef = [(g2S1(S1+1) + g2(S2(S2 +1)]12

Compuestoef (teoacute)

(MB)ef (exp)

(MB)

[Cu2(AcO)4]2H2O 245 216

El compuesto presenta antiferromagnetismo La susceptibilidad magneacutetica esmaacutexima a 250 K (ef = 216 MB) y disminuye raacutepidamente conforme la temperatura disminuye a temperature de helio liacutequido a 41 K (ef = 01 MB)

Ayhan Elmali The Magnetic Super-Exchange Coupling in Copper(II) Acetate Monohydrate and

a Redetermination of the Crystal Structure Turkish Journal of Physics vol 24 Issue 5 p667 200025

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 22: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Ion Configura-tion

Basic level p(calc) =g[J(J+1)]12

p(calc) =2[S(S+1)]12

p(exp)a

Ti3+ V4+ 3d1 2D32 155 173 18

V3+ 3d2 3F2 163 283 28

Cr3+ V2+ 3d3 4F32 077 387 38

Mn3+ Cr2+ 3d4 5D0 0 490 49

Fe3+ Mn2+ 3d5 6S52 592 592 59

Fe2+ 3d6 5D4 670 490 54

Co2+ 3d7 4F92 663 387 48

Ni2+ 3d8 3F4 559 283 32

Cu2+ 3d9 2D52 355 173 19a Valores representativos

Contribucioacuten orbital despreciable al momento magneacutetico excepto para Co2+ y Fe2+

Momentos magneacuteticos (MB) calculados y observados para varios

iones de metales de transicioacuten

26

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

Page 23: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

Magnetismo de aacutetomos libres y iones

Ademaacutes hay otras formas de acoplamiento para formar el momento angular total de un aacutetomo

El acoplamiento j-j

Dado por un fuerte acoplamiento espiacuten ndash oacuterbita de los momentos magneacuteticos de los espiacutenes

con sus momentos magneacuteticos orbitales y eacutestos con los demaacutes momentos magneacuteticos de

otros electrones en sus respectivas oacuterbitas

J = Σ ji = Σ ( li + si )

Esta forma de acoplamiento es mas aplicable a aacutetomos ldquomuyrdquo pesados lantaacutenidos

27

Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

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Colores de los complejos de La3+ y Ln3+ y sus momentos magneacuteticos calculados y observados de los iones M3+

Tomada del Housecroft 2002 28

Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

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09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

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Tipos de comportamiento magneacutetico

Efectos cooperativos

ferromagnetismo antiferromagnetismo y ferrimagnetismo

Otros tipos superparamagnetismo y paramagnetismo de Pauli

Variacioacuten de con la temperatura

Variacioacuten de con la intensidad del campo magneacutetico aplicado

Ciclos de histeacuteresis y dominios magneacuteticos en ferromagnetos

Tipos de materiales magneacuteticos

Blandos y duros

Magnetos permanentes29

iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

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09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

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iquestCoacutemo distinguir cuaacutendo existen efectos cooperativos

Haciendo una grafica de la susceptilidad magneacutetica en funcioacuten de la temperatura

30

Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

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09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

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Comportamiento magneacutetico de los soacutelidos

31

Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Antiferromagnetismo

Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

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Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

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09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

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Dependencia con la temperatura ley de Curie

32

Sustancias paramagneacuteticas simples obedecen la ley de Curie

= CT

donde C es la constante de Curie

Asiacute un trazo de 1 versus T puede dar lugar a una liacutenea recta de pendiente 1C pasando a traveacutes del origen (0 K)

Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

39

Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

39

40

09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

40

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Ciclos de M vs H a T = cte

Si un campo magneacutetico alterno se aplica al solido ferromagneacutetico su magnetizacioacuten traza un anillo llamado ciclo de histeacuteresis magneacutetica el cual se relaciona con la existencia de dominios magneacuteticos en este soacutelido

33

El ferromagnetismo es la propiedad que le confiere a algunas sustancias una respuesta magneacutetica intensa y permanente En la naturaleza existen cinco elementos con esta propiedad hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

El comportamiento de los soacutelidos ferromagneacuteticos

Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

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Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

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Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

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Exotic Spin Carriershellip

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Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

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09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

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Cualquier material que posea una magnetizacioacuten sin la aplicacioacuten de un campo magneacutetico externo es un ferromagneto Eacutestos poseen grandes susceptibilidades magneacuteticas positivas

Hierro

Susceptibilidad = 200 Susceptibilidad = 70

Cobalto

Los magnetos de las tierras raras son materiales ferromagneacuteticos excepcionalmente fuertes que producen campos magneacuteticos de 14 teslas

httpssciencestruckcomproperties-examples-of-ferromagnetic-materials 34

Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

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Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

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09 mT s-1

Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

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Ademaacutes de los metales ferromagneacuteticos hierro cobalto niacutequel gadolinio y disprosio

tambieacuten existen compuestos de coordinacioacuten que han mostrado propiedades ferromagneacuteticas

y estos son los llamados magnetos moleculares

35

36

Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

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Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

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Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

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Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

38

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Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

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Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

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Ishikawa N Sugita M Wernsdorfer W Angew Chem Int Ed 2005 44 2931

Quantum Tunneling of Magnetization in Tb compounds

37

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

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Exotic Spin Carriershellip

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Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

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Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

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Page 34: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

J D Rinehart et al J Am Chem Soc 2011 133 14236 (UC-Berkeley UC-Irvine)

38

Exotic Spin Carriershellip

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Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

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Record operating temperature 14 K

008 T s-1

Dy2 Tb2

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Page 35: QUÍMICA DE COORDINACIÓN - amyd.quimica.unam.mx

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Exotic Spin Carriershellip

[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)THF KC8 N22Ln[N(Me3Si)2]3 + N2

18-crown-6 KC8[K(18-crown-6)][(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)[(Me3Si)2N]2(THF)Ln2(N2)

THF N2

Ln = Gd Dy Tb

UeffkB = 178 K

0 = 810-9 s

UeffkB = 3267(6) K

0 = 82(1)10-9 s

Dy2

N23-

(S = frac12)

Dy3+

(J = 152)

N23-

(S = frac12)

Tb3+

(J = 6)

Tb2

Exotic Spin Carriershellip

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Record operating temperature 14 K

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Dy2 Tb2

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Record operating temperature 14 K

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