Liste over paramagnetiske atomer

Paramagnetiske arter er overalt. I den rette indstilling og udtrykt i en ordentlig dyster tone kunne denne sætning tilkalde billeder af mærkelige fremmede angribere, der løber amok over hele kloden. I stedet er det en grundlæggende erklæring om en bestemt kvalitet, der deles af et veldefineret sæt partikler på og omkring Jorden, og en defineret ved hjælp af objektive og let bestemte kriterier.

Du har uden tvivl brugt magneter i dit liv, og i de fleste tilfælde har du opereret inden for et ikke-trivielt magnetfelt, du har ikke været opmærksom på det. Du ved endda, at visse materialer fungerer som permanente magneter, og at disse kan tiltrække metaller, selvom disse metaller ikke selv er magneter. Eller er de?

Når det sker, inkluderer fysikverdenen, specifikt underdisciplinen af ​​elektromagnetisme, en række forskellige typer magnetisme. En af disse er paramagnetisme, og det er en egenskab, der ofte let kan verificeres ved synet, fordi paramagnetiske materialer tiltrækkes af et eksternt anvendt magnetfelt. Men hvordan sker dette, og hvor kommer magnetiske "felter" alligevel fra? Chancen for at lære alt dette og mere bør trække dig stærkt til at fortsætte med at læse!

I slutningen af ​​1700'erne blev det observeret, at en kompassnål, der peger mod nord som et resultat af Jordens magnetfelt, kan afbøjes ved tilstedeværelsen af ​​en nærliggende elektrisk strøm.

Dette er det første kendte bevis for, at elektricitet og magnetisme på en eller anden måde var forbundet. Faktisk genererer bevægelige ladninger (som er definitionen af ​​elektrisk strøm) magnetfelter med "linjer" afhængig af geometrien i det elektriske kredsløb.

Når en strømførende ledning er viklet eller pakket flere gange omkring bestemte typer metal, dette kan inducere magnetismens egenskab i disse metaller, i det mindste mens strømmen er anvendt. Nogle af disse bruges steder som skrotværfter og er kraftige nok til at løfte hele biler.

Samspillet mellem elektrisk strøm og magnetfelter er et emne, der kan og udfylder hele lærebøger, men indtil videre skal du vide, at grunden til, at nogle materialer reagere anderledes på magnetfelter end andre har at gøre med elektronernes egenskaber i den højeste ("yderste") energiskal af atomerne i disse materialer.

Hvis et fast stof placeres i et påført magnetfelt, kan du forvente, at molekylernes opførsel i stoffet i nogen grad afhænger af materialets tilstand. Det er en gas, som har molekyler, der bevæger sig ret frit, og a væske, hvor molekyler forbliver sammen men frit kan glide forbi hinanden, kan opføre sig anderledes end et fast stof, hvis molekyler er låst på plads, normalt i en gitterstruktur.

Hvis du forestiller dig et faststofs grundlæggende krystalstruktur (og arten af ​​dette gentagne mønster kan variere fra stof til stof), kan du forestille dig atomernes kerner befinder sig i centrum af terninger, hvor elektronerne optager rum imellem, er fri til at vibrere og, i tilfælde af metalfaststoffer, frit at strejfe rundt uden kæde til deres forældre kerner.

Når elektronerne fra et fast stof gør stoffet til en permanent magnet eller en, der kan gøres til en sådan magnet, kaldes stoffet ferromagnetisk (fra latin ferrum, betyder jern). Ud over jern er elementerne kobolt, nikkel og gadolinium ferromagnetiske.

De fleste stoffer udviser dog andre reaktioner på magnetfelter, hvilket gør de fleste atomer paramagnetiske eller diamagnetiske. Disse egenskaber kan findes i forskellige grader i de samme materialer, og faktorer såsom temperatur kan påvirke et materiales respons på påførte magnetfelter.

Overvej tre forskellige venner, du har valgt som kandidater til at teste din nye science-app til videnskab.

En af dem reagerer kun på dine opfordringer til at prøve det ved at blive mere modstandsdygtig, end hun var mod spil i starten. Den anden accepterer at installere appen og afspille, men holder hurtigt op med at afspille og afinstallerer appen hver gang du lader ham være i fred, kun for at geninstallere den og fortsætte med at spille, når du dukker op igen; og den tredje ven bliver straks hooked på appen og aldrig holder op med at bruge det.

Dette er løst, hvordan de tre former for magnetisme, som du mest sandsynligt vil høre om på kontorpartiet, fungerer i forhold til hinanden. Mens ferromagnetisme, som allerede er beskrevet, er en tilstand af permanent magnetisme, hvordan sker dette, og hvad er alternativerne?

Som det sker, er der fire velkendte alternativer til ferromagnetisme. Paramagnetisme er igen egenskaben ved at blive tiltrukket af et magnetfelt og gælder for en bred vifte af metaller, herunder de fleste moderne køleskabe. Diamagnetisme er det modsatte, en tendens til at blive afvist af et magnetfelt. Alle materialer udviser en vis grad af diamagnetisme. I begge tilfælde vender materialet kritisk tilbage til sin tidligere tilstand, når feltet fjernes.

• Udtalt højt lyder "ferromagnetisme" og "paramagnetisme" meget ens, så vær forsigtig, når du diskuterer disse emner i din fysikstudiegruppe.

Ferrimagnetisme og antiferromagnetisme er mindre almindelige typer magnetisme. Ferrimagnetiske materialer opfører sig meget som ferromagnetiske materialer og inkluderer jacobsite og magnetit. Hæmatit og troilit er to forbindelser, der viser antiferromagnetisme, hvor der ikke genereres noget magnetisk øjeblik.

Paramagnetiske elementer og paramagnetiske molekyler deler et hovedtræk, og det har uparrede elektroner. Jo flere af disse der er, jo mere sandsynligt er at atom eller molekyle viser paramagnetisme. Dette skyldes, at disse elektroner tilpasser sig på en fast måde med orienteringen af ​​et anvendt magnetfelt, hvilket skaber noget, der kaldes magnetiske dipolmomenter omkring hvert atom eller molekyle.

Hvis du er bekendt med elektronfyldningsregler, ved du, at orbitaler i underskaller kan rumme to elektroner hver, og at der er en af ​​disse til en s subshell, tre for en p subshell og fem for en d underskal. Dette giver mulighed for en kapacitet på to, seks og 10 elektroner i hver underskal, men disse fyldes op, så hver orbital holder kun en elektron så længe som muligt, indtil den ene elektron der skal rumme en nabo.

Dette betyder, at du kan bruge informationen i en periodisk tabel over elementerne til at afgøre, om et materiale vil være paramagnetisk og heldigvis, om det vil være svagt paramagnetisk (som i Cl, som har en ikke-parret elektron) eller stærkt paramagnetisk (som platin, som har to ikke-parrede elektroner).

En måde at kvantificere magnetisme på er ved hjælp af den kaldte parameter magnetisk modtagelighed χ_m, som er en dimensionsløs størrelse, der relaterer et materiales respons til et anvendt magnetfelt. Jernoxid, FeO, har en meget høj værdi på 720.

Andre materialer, der betragtes som stærkt paramagnetiske, inkluderer jernammoniumalum (66), uran (40), platin (26), wolfram (6,8), cæsium (5,1), aluminium (2,2), lithium (1,4) og magnesium (1,2), natrium (0,72) og iltgas (0.19).

Disse værdier spænder vidt, og værdien af ​​iltgas kan virke beskeden, men nogle paramagnetiske materialer viser langt mindre værdier end dem, der er anført ovenfor. De fleste faste stoffer ved stuetemperatur har χ_m værdier mindre end 0,00001 eller 1 x 10^-5.

Følsomheden, som du måske forventer, gives som en negativ værdi, når materialet er diamagnetisk. Eksempler inkluderer ammoniak (-2,6) vismut (-16,6) kviksølv (-2,9) og kulstof i diamant (-2,1).