MAGNÉTOCHIMIE

Les propriétés magnétiques sont intimement liées à la structure de la matière, à l'échelle moléculaire, et l'on conçoit que l'étude de ces propriétés a pu jouer un grand rôle dans l'élaboration des théories modernes de l'atome (effet Zeeman, par exemple) et continue à rendre de grands services dans la recherche d'une meilleure connaissance des structures moléculaires, géométriques et électroniques.

L'ensemble de tels travaux, qui consistent dans un premier temps à rechercher les relations existant entre le magnétisme des composés et leur structure microscopique, ensuite à utiliser ces résultats pour résoudre les problèmes de structure les plus variés, a reçu le nom de magnétochimie.

Il est apparu que les propriétés magnétiques pouvaient trouver des applications intéressantes dans des domaines de la chimie autres que ceux de la chimie structurale : séparation des minerais de fer, chimie analytique.

En ce qui concerne la chimie analytique, on a pu mettre au point et même parfois commercialiser des appareils permettant dans certains cas favorables une analyse rapide, précise et non destructive ; par exemple, pour le dosage de l'oxygène dans les gaz, des métaux dans les verres, du carbone dans les aciers.

Le regroupement de ces études sous un même mot « magnétochimie » ne doit pas faire oublier la richesse et la diversité des techniques magnétochimiques, qui proviennent en particulier de l'origine très différente du diamagnétisme, du paramagnétisme, du ferromagnétisme ou de l'antiferromagnétisme, ainsi que de l'imagination des chercheurs.

Le diamagnétisme, lié à un moment magnétique induit correspondant au mouvement orbital des électrons, est caractérisé par une susceptibilité de l'ordre de − 0,5.10^-6 u.é.m. C.G.S. pratiquement indépendante du champ magnétique et de la température.

Ce diamagnétisme, propriété universelle de la matière, est quelquefois masqué par suite de l'existence de moments magnétiques permanents à l'échelle atomique ou moléculaire, liée le plus souvent au spin des électrons. Lorsque le couplage entre ces moments atomiques ou moléculaires est faible, le composé est dit paramagnétique : la susceptibilité macroscopique par gramme est encore indépendante du champ magnétique, mais elle est alors positive et varie approximativement de façon inversement proportionnelle à la température ; elle est de l'ordre de 10^-4 u.é.m. C.G.S. à la température ordinaire.

Au contraire, si ce couplage est fort, il se produit un effet de groupe : les moments atomiques tendent à s'orienter les uns par rapport aux autres même en l'absence de champ extérieur. Dans les composés ferromagnétiques, l'orientation est de même sens, ce qui produit un moment magnétique macroscopique permanent. La susceptibilité par gramme est alors de l'ordre de 10^-2 u.é.m. C.G.S. ; elle dépend de la température et du champ magnétique. Dans les composés antiferromagnétiques, le couplage tend au contraire à annuler les moments atomiques deux à deux ; la susceptibilité positive est alors très faible (10^-7 à 10^-5 u.é.m. C.G.S.) et croît avec la température.

D'autres effets faisant intervenir le champ magnétique peuvent également être utilisés pour élucider certaines structures ou réaliser des analyses chimiques : la biréfringence magnétique, le pouvoir rotatoire magnétique ; mais il semble que ce soient les techniques fondées sur les phénomènes de résonance magnétique nucléaire et électronique qui ont donné lieu aux applications les plus intéressantes : la résonance nucléaire dans le domaine des molécules diamagnétiques et, à un degré moindre, la résonance électronique dans le domaine des composés paramagnétiques. On peut noter qu'à l'heure actuelle pratiquement tous les laboratoires de chimie organique sont équipés d'un appareil[...]