Magnetochemie: eine Einführung in Theorie und Anwendung
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart [u.a.]
Teubner
1999
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| Schriftenreihe: | Teubner-Studienbücher : Chemie
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Magnetische Kenngrößen 15
1.1 Magnetisierung................................ 15
1.2 Suszeptibilität und Permeabilität...................... 17
1.3 Magnetisches Dipolmoment......................... 19
2 Erscheinungsformen des Magnetismus 22
2.1 Diamagnetismus ............................... 22
2.1.1 Atome und Atomionen........................ 23
2.1.2 Moleküle und Molekülionen..................... 24
2.1.3 Supraleiter .............................. 25
2.2 Paramagnetismus............................... 26
2.2.1 CURIE-Gesetz............................. 27
2.2.2 Paramagnetismus freier Ionen.................... 28
2.2.3 Curie-WEiss-Gesetz......................... 34
2.2.4 Paramagnetische Festkörper..................... 36
2.3 Kollektiver Magnetismus (3D) ....................... 44
2.3.1 Intramolekularer Antiferromagnetismus.............. 45
2.3.2 Ferromagnetismus.......................... 46
2.3.3 Antiferromagnetismus........................ 53
2.3.4 Ferrimagnetismus........................... 54
2.4 Magnetismus der Leitungselektronen.................... 57
2.5 Messung magnetischer Kenngrößen..................... 62
2.5.1 FARADAY-Waage........................... 62
2.5.2 Vibrationsmagnetometer....................... 64
2.5.3 SQUID-Magnetometer........................ 65
2.5.4 Darstellung von Meßergebnissen .................. 69
2.5.5 Auswertung einer Suszeptibilitätsmessung............. 71
3 Theorie freier Ionen 74
3.1 Quantenmechanische Grundlagen...................... 74
3.1.1 Zustand und Wellenfunktion .................... 75
3.1.2
Observable
und Operator...................... 76
3.1.3 Ergänzungen zu den quantenmechanischen Begriffen....... 78
3.1.4 Störungstheorie............................ 83
3.2 Einelektronensysteme ............................ 91
3.2.1 Wellenfunktionen........................... 91
3.2.2 Bahndrehimpuls........................... 97
Inhaltsverzeichnis
3.2.3
Spin
.................................. 103
3.2.4 Spin-Bahn-Wechselwirkung..................... 105
3.3 Mehrelektronensysteme ........................... 116
3.3.1 Zentralfeldnäherung......................... 117
3.3.2 Interelektronische Wechselwirkung................. 120
3.3.3 Spin-Bahn-Wechselwirkung..................... 131
3.4 Freie Ionen im Magnetfeld.......................... 138
3.4.1 Das magnetische Moment freier Ionen............... 138
3.4.2 ZEEMAN-Effekt............................ 140
3.4.3 Magnetische Suszeptibilität (Paramagnetismus).......... 143
3.4.3.1 Die Van VLECK-Gleichung................ 145
3.4.3.2 Magnetische Sättigung .................. 155
3.4.3.3 Anwendung der Fundamentalgleichung......... 159
Einnuß der Umgebung
I:
Ligandenfeld 163
4.1 Symmetrie................................... 163
4.1.1 Symmetrieelemente und Symmetrieoperationen.......... 163
4.1.2 Symmetriegruppen.......................... 165
4.1.3 Darstellungen............................. 170
4.1.4 Drehung von Funktionen ...................... 177
4.1.5 Gruppentheorie und Quantenmechanik............... 186
4.1.6 Produktdarstellungen........................ 190
4.1.7 Doppelgruppen............................ 192
4.2 Ligandenfeldeffekt .............................. 195
4.2.1 Ligandenfeldoperatoren....................... 195
4.2.2 d- und f-Zentren im Ligandenfeld - ein Überblick......... 201
4.3 Magnetismus von d-Ionen (kubisch) .................... 204
4.3.1 d1-Systeme.............................. 204
4.3.1.1 d1, HLF........................... 204
4.3.1.2 d Hlf + Hsb ...................... 207
4.3.1.3 d Hlf + Hsb + Hm................... 213
4.3.1.4 Simulationsrechnungen (nd1, 3d9)............ 217
4.3.1.5 Näherungen für 3d1- und 3d9-Systeme.......... 219
4.3.2 d^-Systeme.............................. 223
4.3.2.1 d2, Hee + HLF....................... 223
4.3.2.2
ď
Hee + HLF ...................... 235
4.3.2.3
άΝ,
#ee + HLP +
Нѕв
+ HM .............. 240
4.3.2.4 Spinpaarungen....................... 242
4.3.2.5 Näherungen für 3dw-Systeme............... 246
4.3.2.6 Regeln zum magnetischen Verhalten........... 251
4.4 Magnetismus von f-Ionen (kubisch)..................... 258
4.4.1 ^-Systeme.............................. 258
4.4.1.1 f1, HLF........................... 258
4.4.1.2 f Hlf + Hsb ...................... 263
4.4.1.3 Simulationsrechnungen (f1, 4f13)............. 264
4.4.1.4 Ein primitives Modell für das 4f1-System........ 265
Inhaltsverzeichnis .9
4.4.2 f^-Systeme.............................. 270
4.4.2.1 4fJV-Ionen.......................... 270
4.4.2.2 Ein primitives Modell für 4f ^-Ionen........... 274
4.4.3 Ungewöhnliche Valenzzustände................... 284
4.5 Magnetismus von ndw- und 4fJV-Ionen (nichtkubisch) .......... 287
4.5.1 Anisotroper Paramagnetismus.................... 287
4.5.2 Einkristall-SQUID-Magnetometrie................. 292
4.5.3 Ligandenfeldaufspaltung in nichtkubischen Systemen....... 294
4.5.4 d1 (Dih)................................ 295
4.5.4.1 d HLF........................... 295
4.5.4.2 d Hlf + Hsb + Hm................... 297
4.5.5 d7
(£>2<¡)
................................ 298
4.5.6
4Í1
(D3h)............................... 303
5 Einfluß der Umgebung
II:
Kooperative magnetische Effekte 306
5.1 Parametrisierung der kooperativen Effekte................. 307
5.1.1 HEISENBERG-Modell......................... 307
5.1.1.1 HEISENBERG-Operator .................. 307
5.1.1.2 Suszeptibilitätsgleichungen für einfache Systeme .... 314
5.1.2 Doppelaustausch........................... 324
5.1.3 Molekularfeld-Näherung des HEISENBERG-Modells........ 330
5.1.3.1 Paramagnetismus bei
Τ
> TcfT^)............ 331
5.1.3.2 Spontane Magnetisierung eines Ferromagneten..... 332
5.1.3.3 Molekularfeldtheorie für Antiferromagneten....... 335
5.1.3.4 Molekularfeldmodell für Ferrimagneten......... 345
5.1.4 STONER-Modell für den Band-Ferromagnetismus......... 351
5.2 Mechanismus der kooperativen Effekte................... 360
5.2.1 Isolatoren............................... 360
5.2.2 Metallische 4f-Systeme........................ 367
5.2.3 Band-Ferromagnetismus....................... 370
5.3 Untersuchungsmethoden........................... 374
5.3.1 Optische Spektroskopie....................... 374
5.3.2 Elektronenspinresonanz (ESR) ................... 374
5.3.3 Neutronenstreuung.......................... 376
5.3.4 MÖSSBAUER-Spektroskopie..................... 377
5.3.5 Suszeptibilitätsmessung durch NMR................ 377
5.3.6 Messung der Wärmekapazität.................... 378
5.4 Beispiele.................................... 378
5.4.1 Gitter- und Spindimensionalität .................. 379
5.4.2 Dinukleare Verbindungen...................... 380
5.4.3 Ketten................................. 383
5.4.4 Schichten und Raumnetze...................... 386
5.4.4.1 Hochtemperatur-Entwicklung (HTE) .......... 386
5.4.4.2 Anwendungsbeispiele der HTE.............. 408
5.4.4.3 Fe3O4, nanostrukturiert.................. 415
5.4.4.4 EuX
(X
= O,
S, Se, Te)..................
416
10 Inhaltsverzeichnis
5.4.4.5 Nichtkollineare Spinstrukturen..............418
5.4.5 Konzepte für permanentmagnetische Materialien.........420
A
Einheiten, Konstanten, Inkremente 421
A.l Einheiten...................................421
A.2 Konstanten..................................424
A.3 Diamagnetische Inkremente.........................426
В
Kopplung von Drehimpulsen 428
B.l Bahndrehimpuls und infinitesimale Drehung................ 428
B.2 WlGNER-Rotationsmatrix.......................... 430
B.3 Kopplung von zwei Drehimpulsen...................... 433
B.3.1 CLEBSCH-GORDAN-Koeffizienten.................. 433
B.3.2 3-j-Symbole.............................. 437
B.4 Drei und vier Drehimpulse.......................... 439
С
Irreduzible Tensor-Operatoren 442
C.l Drehung von Operatoren........................... 442
C.l.l Definition irreduzibler Tensoroperatoren.............. 442
C.1.2 Alternative Definition irreduzibler Tensoroperatoren....... 447
C.2 WlGNER-ECKART-Theorem......................... 448
C.3 Produkte von Tensoroperatoren und ihre Matrixelemente........ 452
C.3.1 Tensoroperator-Produkte...................... 452
C.3.2 Matrixelemente von Produkt-Tensoroperatoren.......... 455
C.3.3 Matrixelemente von Hee....................... 459
C.3.4 Matrixelemente von
Иѕв
...................... 461
Literaturverzeichnis 465
Sachverzeichnis 493
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