Списък на парамагнитните атоми

Парамагнитните видове са навсякъде. В правилната обстановка и изразена с правилно мрачен тон, тази фраза може да призове образи на странни извънземни нашественици, разтърсващи се по целия свят. Вместо това, това е основно твърдение за определено качество, споделено от добре дефиниран набор от частици на и около Земята, и такова, дефинирано с помощта на обективни и лесно определени критерии.

Несъмнено сте използвали магнити в живота си и в повечето случаи, когато сте работили в нетривиално магнитно поле, не сте го знаели. Може дори да знаете, че определени материали функционират като постоянни магнити и че те могат да привличат метали, въпреки че те сами по себе си очевидно не са магнити. Или са?

Както се случва, светът на физиката, по-специално поддисциплината на електромагнетизма, включва различни видове магнетизъм. Един от тях е парамагнетизъм, и това е свойство, което често се проверява лесно при зрение, тъй като парамагнитните материали се привличат от външно приложено магнитно поле. Но как се случва това и откъде идват магнитните "полета", така или иначе? Шансът да научите всичко това и още нещо трябва да ви дърпа силно да продължавате да четете!

В края на 1700 г. се наблюдава, че иглата на компаса, която сочи на север в резултат на магнитното поле на Земята, може да бъде отклонена от присъствието на близкия електрически ток.

Това е първото известно доказателство, че електричеството и магнетизмът са били някак свързани. Всъщност движещите се заряди (което е определението за електрически ток) генерират магнитни полета с "линии", зависими от геометрията на електрическата верига.

Когато проводник с ток е навит или увит многократно около определени видове метал, това може да предизвика свойството на магнетизъм в тези метали, поне докато токът е в сила приложени. Някои от тях се използват на места като дворове за скрап и са достатъчно мощни, за да повдигат цели автомобили.

Взаимодействието на електрически ток и магнитни полета е предмет, който може и запълва цели учебници, но засега трябва да знаете, че причината някои материали реагират по различен начин на магнитните полета, отколкото другите имат отношение към свойствата на електроните в най-високата ("най-външната") енергийна обвивка на атомите в тези материали.

Ако твърдо вещество се постави в приложено магнитно поле, може да очаквате поведението на молекулите в веществото да зависи до известна степен от състоянието на материала. Това е газ, който има молекули, които се движат доста свободно, и a течност, в който молекулите остават заедно, но са свободни да се плъзгат една по друга, може да се държи по различен начин от твърдото вещество, чиито молекули са заключени на място, обикновено в решетъчна структура.

Ако си представите основната кристална структура на твърдото тяло (и естеството на този повтарящ се модел може да варира от вещество до вещество), можете да си представите ядрата на атомите като са в центровете на кубчета, като електроните заемат пространства между тях, свободни да вибрират и, в случай на метални твърди частици, свободни да се движат наоколо, несвързани към родителя ядра.

Когато електроните на твърдото вещество правят веществото постоянен магнит или такъв, който може да бъде превърнат в такъв магнит, веществото се нарича феромагнитни (от лат ферум, в смисъл желязо). В допълнение към желязото феромагнитни са елементите кобалт, никел и гадолиний.

Повечето вещества обаче проявяват други реакции на магнитни полета, което прави повечето атоми парамагнитни или диамагнитни. Тези свойства могат да бъдат открити в различна степен в едни и същи материали и фактори като температурата могат да повлияят на реакцията на материала към приложените магнитни полета.

Помислете за три различни приятели, които сте избрали като кандидати, за да тествате новото си приложение за научни игри.

Една от тях реагира само на вашите призиви да опитате, като стане по-устойчива, отколкото беше в началото на играта. Вторият се съгласява да инсталира приложението и да играе, но бързо спира да играе и деинсталира приложението всеки път, когато го оставите сам, само за да го преинсталира и да продължи да играе, когато се появите отново; и третият приятел веднага се закача за приложението и никога спира да го използва.

Това е начинът, по който трите вида магнетизъм, за които най-вероятно ще чуете в офис партито, работят един спрямо друг. Докато феромагнетизмът, който вече беше описан, е състояние на постоянен магнетизъм, как се случва това и какви са алтернативите?

В момента има четири добре разбрани алтернативи на феромагнетизма. Парамагнетизмът отново е свойството да се привлича към магнитно поле и се отнася за широк спектър от метали, включително повечето съвременни хладилници. Диамагнетизмът е обратното, тенденцията да бъде отблъсната от магнитно поле. Всички материали проявяват известна степен на диамагнетизъм. И в двата случая, критично, материалът се връща в предишното си състояние, когато полето бъде премахнато.

• Казано на глас, „феромагнетизмът“ и „парамагнетизмът“ звучат много еднакво, така че бъдете внимателни, когато обсъждате тези теми във вашата група по физика.

Феримагнетизъм и антиферомагнетизъм са по-рядко срещани видове магнетизъм. Феримагнитните материали се държат подобно на феромагнитните материали и включват жакобит и магнетит. Хематитът и троилитът са две съединения, които демонстрират антиферомагнетизъм, при който не се генерира магнитен момент.

Парамагнитните елементи и парамагнитните молекули споделят една основна черта и това, което има несдвоени електрони. Колкото повече от тях има, толкова по-вероятно е атомът или молекулата да покажат парамагнетизъм. Това е така, защото тези електрони се подравняват по фиксиран начин с ориентацията на приложено магнитно поле, създавайки нещо, наречено магнитни диполни моменти около всеки атом или молекула.

Ако сте запознати с правилата за „пълнене“ на електрони, вие знаете, че орбиталите в подчерупките могат да съдържат две електрони, и че има един от тях за s-черупка, три за p-обвивка и пет за d подчерупка. Това позволява капацитет от два, шест и 10 електрона във всяка подчерупка, но те ще се запълнят така, че всеки орбитала задържа само един електрон възможно най-дълго, докато единият там електрон трябва да побере a съсед.

Това означава, че можете да използвате информацията в периодичната таблица на елементите, за да определите дали даден материал ще бъде парамагнитен и за щастие дали тя ще бъде слабо парамагнитна (както в Cl, която има един несдвоен електрон) или силно парамагнитна (като платина, която има два несдвоени електрона).

Един от начините за количествено определяне на магнетизма е чрез параметъра, наречен магнитна възприемчивост χ_м, което е безразмерно количество, свързано с реакцията на материала към приложено магнитно поле. Железният оксид, FeO, има много висока стойност от 720.

Други материали, считани за силно парамагнитни, включват железен амониев стипца (66), уран (40), платина (26), волфрам (6.8), цезий (5.1), алуминий (2.2), литий (1.4) и магнезий (1.2), натрий (0.72) и кислород (0.19).

Тези стойности варират в широки граници и тази на кислородния газ може да изглежда скромна, но някои парамагнитни материали показват далеч по-малки стойности от изброените по-горе. Повечето твърди вещества при стайна температура имат χ_м стойности по-малки от 0,00001 или 1 x 10^-5.

Възприемчивостта, както може да се очаква, се дава като отрицателна стойност, когато материалът е диамагнитен. Примерите включват амоняк (-26) бисмут (-16,6) живак (-2,9) и въглерод в диамант (-2,1).