le magnétisme - faculté de chimie : accueildecomet/data/cours/magn_rw.pdf · son centre par une...
TRANSCRIPT
![Page 1: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/1.jpg)
Le magnétisme :
c’est quoi ?
- Généralités
- Magnétisme du solide : lois simples.
- Magnétisme moléculaire : a new hope ?
![Page 2: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/2.jpg)
Parmi les applications du magnétisme
• les cassettes vidéo• les montres à quartz (à aiguilles)• les moteurs électriques• l’imagerie par résonance magnétique (IRM)• et l’électricité ! éclairage, tramway etc.
![Page 3: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/3.jpg)
et parmi ses manifestations spectaculaires…
les aurores boréales !
![Page 4: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/4.jpg)
Certains matériaux sont des aimants
• Deux aimants s’attirent... ou se repoussent !
Un aimant n’attire pas et
ne repousse pasle papier, le bois, le verre,
l’aluminium…
![Page 5: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/5.jpg)
Les trombones,attirés par un aimant,
• sont aimantés temporairement (ils attirent d’autres trombones tant que l’aimant est là).
• Ils restent un peu aimantés lorsqu’on a enlevé l’aimant.
• ☛ domaines magnétiques et hystérésis.
![Page 6: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/6.jpg)
Premières conclusions
• Les aimants ont des propriétés magnétiques permanentes
• Le fer a des propriétés magnétiques temporaires
• Le papier, l’alu, le verre n’ont pas de propriétés magnétiques notables
explications <=> physico-chimie--> structure électronique et
organisation cristalline
![Page 7: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/7.jpg)
Champ B créé par un aimant
La limaille de fer matérialise les lignes de champ
![Page 8: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/8.jpg)
Champ créé par un courantpassant dans un fil rectiligne très long
![Page 9: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/9.jpg)
Valeurs du champ magnétique B
Champ magnétique créé par un fil très long, à 1 cm du fil parcouru par un courant I = 5,0 ampères : B = 0,0001 tesla (un dix-millième de tesla) à 1 cm du fil
Le champ magnétique terrestre est à peine plus petit
![Page 10: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/10.jpg)
Comment créer des champs magnétiques plus forts ?
Champ magnétique créé en son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant I = 5,0 ampères : environ 0,1 tesla
![Page 11: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/11.jpg)
Et des champs magnétiques B encore plus forts ?
• bobine supraconductrice : 20 T
• bobine à très fort refroidissement (à dissipation de puissance, LCMI) : 25 T
Et des champs magnétiques B vraiment très forts ?
- champ transitoire (pulsé) : 100 T- champ dans étoile à neutrons : 108 T
(cent millions de tesla)
![Page 12: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/12.jpg)
Le couplage est essentiel
• Les matériaux « magnétiques » doivent leurs propriétés magnétiques fortes au fait que les moments magnétiques électroniques des différents atomes s’alignent spontanément. On dit qu’elles sont couplées.
• Si elles étaient indépendantes, il faudrait un champ gigantesque pour créer l’aimantation.
![Page 13: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/13.jpg)
Atome ou molécule
Réseau 1d, 2d ou 3d
Structure électronique
moment magnétique
Interaction à longue distance
Structure magnétique 1d, 2d ou 3d
![Page 14: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/14.jpg)
Un matériau magnétique est-il toujours magnétique ?
• NON !• Il est de moins en moins magnétique quand
sa température s’élève. • A une température déterminée, il cesse de
l’être (température de Curie)
Fer : transition de Curie (ferro --> para)
vers770° C
![Page 15: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/15.jpg)
Type de magnétisme
Le magnétisme moléculaire est provoqué parle mouvement des électrons et des noyaux.Ce dernier est 1000 fois plus faible que le magnétisme dû au mouvement des électrons
![Page 16: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/16.jpg)
Diamagnétisme
Paramagnétisme
T
pas de moment magnétique(χ négative et très faible)
paramagnétisme(χ positive et faible)
ferro,antiferro,
ferri,complexe,
etc.
χ positive et très fort
χ positive et fort
χ positive et très fort
spécifique
![Page 17: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/17.jpg)
para ferro antiferro
![Page 18: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/18.jpg)
Mesurer les propriétés magnétiques
![Page 19: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/19.jpg)
Diamagnétisme pas de moment magnétique
(χ négative et très faible)
![Page 20: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/20.jpg)
Supraconductivité ‘Expulse’ les champsmagnétiques
Effet Meissner
![Page 21: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/21.jpg)
Exemples de supraconducteur
YBaCuO
![Page 22: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/22.jpg)
Unités en magnétisme
![Page 23: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/23.jpg)
Paramagnétismemoments magnétiques
(χ positive et faible)
![Page 24: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/24.jpg)
Susceptibilité dia- et paramagnétique
![Page 25: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/25.jpg)
Exemples de contributions diamagnétiques et d'incréments structuraux (en 10–6 cm3·mol–1).D'après : O. Kahn, Molecular Magnetism, VCH, Weinheim, 1993.
Les ions précédés d'un a s t é r i s q u e s o n t paramagnétiques ; c'est leur composante diamagnétique qui est indiquée.
![Page 26: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/26.jpg)
Antiferromagnétismemoments magnétiques
et ordre magnétique
Températurede Néel
Θ < 0
![Page 27: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/27.jpg)
Antiferromagnétismevérifié par diffraction des
neutrons
Mise en évidence de structures complexes
PrTiGe
![Page 28: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/28.jpg)
ferromagnétismemoments magnétiques
et ordre magnétique
Θ > 0
€
µ = 8C
‘Histoire’ magnétique.Phénomènes d’hystérèses
Quand T<Tc
![Page 29: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/29.jpg)
Composés ferromagnétiques : exemples
Composés Ms(μB) à 2 K TC (K)Fe 2,22 1043Co 1,72 1400Ni 0,606 631Gd 7,10 292Dy 10,0 85
CrO2 2,03 392EuO 6,8 69
![Page 30: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/30.jpg)
Différents types de magnétisme : résumé
![Page 31: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/31.jpg)
Différents types de magnétisme : résumé
![Page 32: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/32.jpg)
Processus d’aimantation
![Page 33: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/33.jpg)
Calcul de χ paramagnétique
1) Calculer χM à partir de χm ou χV
2) Corriger pour la contribution diamagnétique, ce qui donne cM(para). - Attention aux signes !
3) Corriger éventuellement pour la température (Loi de Curie-Weiss)
![Page 34: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/34.jpg)
Applications pratiques
Etat d'oxydation d'un ion métalliqueVIII d2 µeff = 2,7 - 2,9 µB (exp.)VIV d1 µeff = 1,7 - 1,9 µB (exp.)
Détection d'impuretés paramagnétiquesExemple : quantité de Eu2O3 dans Y2O3
YIII f0 diamagnétique EuIII f0 paramagnétique
Force du champ cristallin (faible ou fort)FeII d6 Oh
diamagnétique --> champ fortparamagnétique --> champ faible
![Page 35: Le magnétisme - Faculté de Chimie : Accueildecomet/data/cours/magn_RW.pdf · son centre par une bobine plate de diamètre 5 cm, comportant 1000 spires, parcourue par un courant](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021803/5b887a6d7f8b9a435b8de833/html5/thumbnails/35.jpg)
Applications : suite
Informations structurales
Complexe de nickel, NiII, d8
D4h (eg)4(a1g)2(b2g)2(B1g)0 --> diamagnétiqueTd, Oh --> paramagnétique
Formation de dimères, notamment pour le cuivre CuII d9 [Cu2(RCOO)4(H2O)2] Cu.....Cu env. 2,7-2,8 Å d'où couplage et diminution du paramagnétisme.