Propiedades magnéticas de complejos de Zn+2, Ni+2, Co´+2, Gd+3

Introducción:

Muchos conocimientos y en realidad la mayoría sobre las propiedades químicas de los compuestos en general provienen de las propiedades magnéticas de los átomos que las componen, lo que hace necesario estudiar la química de las propiedades magnéticas de estos para poder entender a fondo su comportamiento químico. Por lo general, las propiedades magnéticas de cualquier sustancia están determinadas por las partículas subatómicas y, en mayor parte por los electrones, por lo que hay una directa relación entre las propiedades magnéticas macroscópicas de cierta sustancia y la cantidad de electrones no apareados que esta tiene, lo que da cuenta la influencia de estos mismos sobre estas propiedades.

Existen varias formas cualitativas de explicar el magnetismo de alguna sustancia, y una de estas es el paramagnetismo, el cual tiene su origen en los electrones desapareados. Cada uno de estos electrones desapareados tiene un momento magnético único que existe en ausencia de cualquier influencia magnética del exterior. La cuantificación de estos momentos magnéticos, tienen su base en la mecánica cuántica clásica, asumiendo que cada electrón es una esfera que gira sobre su propio núcleo, asemejándose al comportamiento de una espira, generando su propio campo magnético.

Generalmente, los momentos magnéticos de cualquier sustancia se expresan en unidades denominadas magnetones de Bohr (M.B), los cuales se definen mediante la siguiente relación:

[pic 1]

Donde e es la carga eléctrica del electrón, h es la constante de Planck, m la masa del electrón y c la velocidad de la luz, y aunque esta expresión no es la que cuantifica el momento magnético, si nos da una unidad cuantificable para poder clasificarlos. Por otro lado, el momento magnético se define como:

[pic 2]

Donde s es simplemente el valor del número cuántico de spin del electrón y g una constante que da cuenta del giro de un electrón^[1]. Siguiendo este mismo principio y con nuestras ecuaciones, cualquier sustancia con electrones desapareados en su configuración electrónica, debe tener un momento magnético asociado, y en este caso, lo que nosotros estudiaremos es el momento magnético de algunas sales compuestas por elementos de transición.

Por otro lado, hay sustancias que tienen algunas o todas sus capas de electrones completas, esto genera una diferencia, ya que en las capas completas los momentos de spin se anulan mutuamente debido a que giran en direcciones distintas por lo que no existe un momento magnético resultante, lo que, por consecuencia, al aplicar cualquier fuerza magnética externa a nuestra sustancia, hará que los orbitales asociados a esta molécula generen pequeñas fuerzas en contra del campo magnético inducido. A este comportamiento se le denomina diamagnetismo y también será analizado en este trabajo práctico en alguno de nuestros compuestos.

Una forma de cuantificar en la práctica el momento magnético de cualquier sustancia es el de la balanza de Gouy, el cual utiliza la interacción entre los electrones desapareados de cualquier sustancia y su campo magnético propiamente tal. Este método consiste en la suspensión de nuestra sustancia en un tubo de vidrio sobre una balanza la cual registra el peso de la muestra. Esta balanza en su interior tiene un imán que induce un campo magnético sobre nuestra muestra, y que dependiendo de cuál sea la interacción con el campo magnético inducido, irá variando la medición^[2].

[pic 3]

Ilustración 1: esquema balanza de Gouy

Objetivos:

• Obtener el momento magnético experimental de compuestos de coordinación y comparar con el momento magnético calculado con la fórmula de spin only.
• Explicar los fenómenos magnéticos de cada complejo a través de los datos observados

Procedimiento experimental:

1.- Preparación de muestra y medición de susceptibilidad magnética

En la siguiente tabla se adjuntan los materiales, instrumentos y reactivos a utilizar en la experiencia:

En un principio, se nos asignó una muestra la cual correspondía al acetato de cinc dihidratado (Zn(O2CCH3)2∙2H2O), con esto en nuestras manos procedimos a hacerle una marca con huincha aisladora a nuestro tubo capilar a una altura aproximada de 4 cm, de tal manera que al ser introducido en la balanza magnética no hubiera inconvenientes para retirarlo de la balanza. Posteriormente, procedimos a masar nuestro tubo capilar al interior de un vaso de precipitado de 100 ml previamente tarado. El peso del tubo capilar fue de 1,576 g. Luego, procedimos a introducir nuestra muestra cuidadosamente al interior de nuestro tubo capilar, llegando a la altura de 4,2 cm. Con nuestro tubo ya con muestra procedimos a masar nuevamente para saber que cantidad de muestra tenemos al interior, con lo que determinamos que el tubo capilar ahora pesaba 1.717g. Ya con nuestra muestra lista, procedimos con la medición en la balanza magnética la cual consistía en un instrumento con un orificio del tamaño de nuestros capilares en su base, un marcador que indicaba la susceptibilidad magnética de las muestras y una perilla que servía para calibrar la balanza. Esta ya estaba encendida, y para su manipulación seguimos los siguientes pasos:

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