Paramagnético

Qué es paramagnético

El adjetivo paramagnético procede del griego pará (junto a, cerca de) combinado con magnético, término que llega al español a través del latín magneticus. El mismo prefijo aparece en parámetro o paralelo, palabras con las que comparte la idea de proximidad. La Real Academia Española lo define, en su acepción física, como el material con una permeabilidad magnética superior a la del vacío que resulta ligeramente atraído por los imanes.

No es una palabra antigua. Fue Michael Faraday quien, en septiembre de 1845, acuñó las palabras paramagnetismo y diamagnetismo al comprobar que todos los materiales, sin excepción, reaccionan de un modo u otro frente a un campo magnético aplicado. Antes de sus experimentos con muestras de bismuto, hierro y otros elementos, esta distinción no formaba parte del vocabulario científico.

Mecanismo físico

La causa última del paramagnetismo está en la estructura electrónica del átomo. Cuando un orbital contiene un electrón sin pareja, ese electrón genera un pequeño momento magnético que ningún otro cancela. En ausencia de campo externo estos momentos se orientan al azar, de modo que la magnetización neta del material resulta nula. Basta aplicar un campo magnético para que tiendan a alinearse con él, aunque la agitación térmica se opone parcialmente a esa alineación (el paramagnetismo se debilita, de hecho, a medida que sube la temperatura). En cuanto el campo desaparece, los momentos regresan al desorden inicial.

Ahí radica la diferencia de fondo con el ferromagnetismo: un material ferromagnético conserva parte de su magnetización aunque se retire el campo externo, mientras que el paramagnético no retiene nada. Nada de esto ocurre, por cierto, con un imán permanente de nevera, cuyo comportamiento pertenece a otra categoría por completo distinta.

Clasificación según la respuesta magnética de los materiales

La física distingue varios comportamientos según cómo reacciona un material frente a un campo magnético. El diamagnetismo, presente en sustancias sin electrones desapareados, produce una débil repulsión: el agua, el cobre o el oro son ejemplos habituales. El paramagnetismo implica, por el contrario, atracción débil, como ocurre en el aluminio o el platino. El ferromagnetismo va un paso más allá, ya que los momentos magnéticos se acoplan entre sí con tanta intensidad que el material conserva la magnetización de forma permanente, tal como sucede en el hierro, el cobalto o el níquel. Existe además el superparamagnetismo, un comportamiento intermedio propio de nanopartículas de óxido de hierro que combina la ausencia de magnetización remanente con una respuesta mucho más intensa frente al campo aplicado.

Conviene no perder de vista que esa atracción es débil en términos absolutos: un imán corriente no atrae el aluminio de forma perceptible, aunque técnicamente lo haga en una medida ínfima.

Relevancia en la resonancia magnética

El uso médico más conocido del paramagnetismo está en la resonancia magnética. Los protones de hidrógeno del organismo, alineados y perturbados por los pulsos de radiofrecuencia del equipo, regresan a su estado de equilibrio en un tiempo característico llamado relajación. Cuando se introduce una sustancia paramagnética en el entorno de esos protones, el campo magnético local se intensifica y el tiempo de relajación se acorta, sobre todo el T1. El resultado es un mayor contraste entre los tejidos que la han captado y los que no. El gadolinio, un elemento de la serie de los lantánidos con siete electrones desapareados, es el ejemplo más utilizado en la práctica; su comportamiento como agente de contraste se describe con más detalle en la entrada dedicada al contraste paramagnético.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra paramagnético?

Del griego pará (junto a, cerca de) combinado con magnético, voz que llega al español a través del latín magneticus. La Real Academia Española cataloga el término dentro del ámbito de la física, como adjetivo aplicable a un tipo concreto de material.

¿Es lo mismo paramagnético que ferromagnético?

No. Un material ferromagnético conserva parte de su magnetización aunque se retire el campo externo; uno paramagnético, no. El hierro metálico es el ejemplo clásico de ferromagnetismo; el aluminio, de paramagnetismo. Puede ampliar esta distinción en la entrada dedicada a lo ferromagnético.

¿Por qué se usan sustancias paramagnéticas en las pruebas de resonancia magnética?

Porque modifican, de forma predecible, el tiempo que tardan los protones de hidrógeno en volver a su estado de reposo tras el pulso de radiofrecuencia. Ese tiempo se llama relajación, y existen dos variantes, T1 y T2, que los radiólogos analizan por separado. Una sustancia paramagnética acorta sobre todo la relajación T1, lo que se traduce en zonas más brillantes en las secuencias ponderadas en ese parámetro. Los tejidos que la captan, por ejemplo por tener mayor vascularización, destacan así frente a los que no la captan. El compuesto paramagnético no emite ninguna señal por sí mismo: su papel es puramente inductivo, ya que modifica el entorno magnético de las moléculas de agua vecinas. Esa es la razón por la que se le llama agente de contraste y no marcador o trazador, términos que corresponden a otras técnicas de imagen.

¿Qué diferencia hay entre un material paramagnético y uno diamagnético?

La dirección de la respuesta. El paramagnético se alinea a favor del campo aplicado; el diamagnético, en contra, y con una intensidad todavía menor. El agua del propio cuerpo humano es diamagnética, lo que explica por qué su contribución al contraste de una resonancia magnética resulta, en la práctica, casi despreciable frente a la de un agente paramagnético.

¿Puede medirse el grado de paramagnetismo de un material?

Sí, mediante la susceptibilidad magnética, una magnitud que la ley de Curie relaciona de forma inversamente proporcional con la temperatura absoluta del material. Cuanto mayor es la susceptibilidad, más intensa es la respuesta frente al campo aplicado.

Referencias

1. Real Academia Española. Paramagnético, paramagnética
2. Wikipedia. Paramagnetismo
3. Radiología (Elsevier). Contrastes basados en gadolinio utilizados en resonancia magnética
4. StatPearls (NCBI Bookshelf, NIH). Magnetic Resonance Imaging Gadolinium