| 词条 | 磁化学 |
| 释义 | § 简介 磁化学 磁化学（magnetic chemistry）是研究分子磁性与化学结构关系的物理化学分支学科，研究化学物质与电磁的关系。物质的磁性的产生，和原子或分子中电子的种种特性有关，磁化学即研究分子原子中特性与磁学相关的化学问题。 物质在磁场中显示出抗磁性、顺磁性和铁磁性，它们产生于组成物质的原子或分子中的电子轨道磁矩、电子自旋磁矩和核自旋磁矩在空间的取向，以及各种磁矩间的相互作用。从分子的磁性及其变化规律出发，研究分子的价键性质、分子的电子组态、分子的结构、分子的空间构型、分子运动的力学性质、分子间相互作用、化学平衡及化学动力学等化学问题，统称磁化学。 § 发展历史 磁化学是自20世纪60年代末发展起来的一门新兴学科。 20世纪以来，科学家对物质结构的研究深入到原子内部，发现原子内部也是一个小小的磁场。电子围绕着原子核旋转，原子核自身也在旋转，都会产生磁场，这些微观的磁场为人类了解物质的化学结构提供了有效的途径。20世纪20年代就曾有人研究过磁场对化学反应的作用，然而直到60年代末人们发现了化学反应中原子核和电子的自旋极化现象后之后，磁场作用与化学反应的内在联系才被揭示出来。此后，关于磁场对化学反应影响的研究广泛展开，并创立了一门新的学说──磁动力化学。 20世纪80年代以前，磁动力化学作为一门新的学科尚处于萌芽阶段，研究者主要立足于小分子有机物反应，对磁动力化学的基本原理进行研究。这些研究使磁化学的领域大大地拓宽了，原有的磁化学只是一门研究物质结构的学科，而磁动力化学则可以直接应用于化学产品的合成。像电化学、光化学一样，包含磁动力化学在内的磁化学是一门可以与工业生产紧密结合的学科，已在化工、环保、建材、生物技术、医药产品等领域显示出广泛的应用前景。 1980年，一位日本学者成功地将磁化学方法应用于高分子材料合成，进行了磁场作用下的苯乙烯乳液聚合，实现了磁化学研究的突破性进展，标明磁化学的研究具有重大的实用价值。此后的十余年间，各种关于磁场条件下的高分子化学反应的报道相继出现，高分子磁化学研究取得了丰硕的成果。有关报道已证实，磁场的作用就像温度、压力以及射线一样，可以对高分子聚合反应产生重要影响。在外加磁场作用下实施的一些自由基聚合反应，所得的高聚物产率和分子量比没有磁场作用时要高，高聚物的立体规整度、热性能等也会由于磁场的作用而得到控制。如液晶聚合物单体在磁场作用下聚合，可形成高度取向的液晶高聚物。已研究过的在磁场条件下聚合的高聚物体系包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈等。[1] § 研究方法 磁化学的研究方法很多，常用的研究手段有磁天平、电子顺磁共振、核磁共振、铁磁共振、磁圆二色和磁旋光法等。其中核磁共振技术发展异常迅速，已成为鉴定有机化合物结构的重要手段。采用超导磁铁的脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪的出现，使仪器灵敏度及分辨率提高很多，使应用范围从化学扩展到生物学及医学。 § 研究内容 电子磁矩 电子是发现较早的一种基本粒子，存在于原子核外。各种化学元素便是根据该元素原子的原子核中的质子数目，也就是该元素原子在非电离的正常状态下的原子核外的电子数目决定的。原子中的电子磁性是由电子的自旋产生的自旋磁矩和电子环绕原子核作轨道运动产生的轨道磁矩。对于不处于原子中的自由电子说来，就只有自旋磁矩，是电子具有的内禀磁性，常简称电子磁矩。一般电子学只考虑运动电子的电荷所产生的电流，但是在20世纪末，由于现代磁学和高新技术的发展，诞生了磁学与电子学交叉的称为磁电子学、又称自旋电子学的新的交叉磁学或称边缘磁学。这样在磁电子学中电子电流和电子磁矩(自旋)都得到研究和应用。 电子磁矩研究的一项很重要又很有意义的成果是对电子磁矩的精密测量和理论计算。这表现在20世纪中期的30年研究中，对应用于电子磁矩与电子角动量关系的电子g因数的反常因数(简称g反常因数) α的精密测量和理论计算上。按早期的理论研究，g因素g=2，即g反常因数α=0，但是在长期的越来越精密的实验研究中却表明，α并不等于0。 在1948~1978的30年实验研究中，α的实验测量值从3位有效数字增加到10位有效数字。同时更值得注意的是，对g反常因数α的理论计算，在考虑了多种对电子磁矩的影响因素后，得到的理论计算值也达到10位有效数字和很高的精度(很低的不确定度)。还值得注意的是，g反常因数α的实验测量值和理论计算值在10位有效数字中竟有8位有效数字相同。总的说来，关于电子(自旋)磁矩的实验测量和理论计算达到这样高的有效位数，而实验测量值与理论计算值达到这样高的符合程度，在磁学和其他自然科学中都是非常罕见的。 原子磁矩 原子磁矩 magnetic moment of atom，原子内部各种磁矩总和的有效部分。原子核具有磁矩，但核磁矩很小，通常可忽略，原子磁矩则为电子轨道磁矩与自旋磁矩的总和的有效部分 。一般地原子磁矩μJ与原子的总角动量PJ有简单的关系，大小为μJ＝g(e／2m)PJ，方向相反，式中e／m是电子的荷质比，g称为朗德g因子，它可以根据原子中的耦合类型计算出来，是表征原子磁性质的量。原子磁矩在塞曼效应中起重要作用。 分子固有磁矩 一个分子中的 电子的轨道运动产生的轨道磁矩和电子自旋产生的自旋磁矩的总和就构成分子的分子磁矩，或者分子固有磁矩。 § 应用范围 磁疗针 1、应用于高分子材料合成。 2、磁化学方法还可用于基本有机合成，用来控制反应的路径，从而有选择地获取所需的产物，已在医药产品开发等领域获得应用。 3、磁化学还可以用于环境保护、治理污水等。 4、中国以中医理论为基础，运用磁生物效应而发展起来的磁疗法，已在临床中获得大量应用，为配合磁疗研究，国内医学界对磁生物化学进行了大量研究。这方面的研究成果，也构成了磁化学的重要组成部分。 5、核磁共振成像技术。在医学上已经用于各种疾病的检查，是非常有发展前途的一种医学诊断方法。[2] |
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