Liste der paramagnetischen Atome

Paramagnetische Arten sind überall. In der richtigen Umgebung und in einem angemessen düsteren Tonfall könnte dieser Satz Bilder von seltsamen außerirdischen Invasoren beschwören, die auf der ganzen Welt Amok laufen. Stattdessen ist es eine grundlegende Aussage über eine bestimmte Qualität, die eine wohldefinierte Menge von Teilchen auf und über die Erde teilt, und die anhand objektiver und leicht zu bestimmender Kriterien definiert wird.

Sie haben zweifellos in Ihrem Leben Magnete verwendet, und in den meisten Fällen, in denen Sie in einem nicht trivialen Magnetfeld operiert haben, war Ihnen dies nicht bewusst. Sie wissen vielleicht sogar, dass bestimmte Materialien als Dauermagnete fungieren und dass diese Metalle anziehen können, obwohl diese Metalle selbst anscheinend keine Magneten sind. Oder sind Sie?

Zufälligerweise umfasst die Welt der Physik, insbesondere die Unterdisziplin des Elektromagnetismus, eine Vielzahl von Arten von Magnetismus. Eine davon ist Paramagnetismus, und es ist eine Eigenschaft, die oft leicht beim Anblick verifiziert werden kann, da paramagnetische Materialien von einem von außen angelegten Magnetfeld angezogen werden. Aber wie passiert das und woher kommen die magnetischen "Felder" überhaupt? Die Chance, all das und noch mehr zu lernen, sollte Sie stark dazu bewegen, weiterzulesen!

In den späten 1700er Jahren wurde beobachtet, dass eine Kompassnadel, die aufgrund des Erdmagnetfelds nach Norden zeigt, durch das Vorhandensein eines nahen elektrischen Stroms abgelenkt werden kann.

Dies ist der erste bekannte Beweis dafür, dass Elektrizität und Magnetismus irgendwie verbunden waren. Tatsächlich erzeugen sich bewegende Ladungen (was die Definition von elektrischem Strom ist) Magnetfelder mit "Linien", die von der Geometrie des elektrischen Stromkreises abhängen.

Wenn ein stromdurchflossener Draht mehrfach um bestimmte Metallarten gewickelt oder gewickelt wird, dies kann bei diesen Metallen die Eigenschaft des Magnetismus induzieren, zumindest während der Strom fließt angewendet. Einige von ihnen werden an Orten wie Schrottplätzen verwendet und sind stark genug, um ganze Autos zu heben.

Das Zusammenspiel von elektrischem Strom und magnetischen Feldern ist ein Thema, das ganze Lehrbücher füllen kann und tut, aber im Moment sollten Sie wissen, dass der Grund dafür einige Materialien reagieren anders auf Magnetfelder als andere, das hat mit den Eigenschaften der Elektronen in der höchsten ("äußersten") Energiehülle der Atome in diesen zu tun Materialien.

Wird ein fester Stoff in ein angelegtes Magnetfeld gebracht, kann man erwarten, dass das Verhalten der Moleküle im Stoff in gewissem Maße vom Zustand des Materials abhängt. Das ist ein Gas, das Moleküle hat, die sich ziemlich frei bewegen, und a Flüssigkeit, in dem Moleküle zusammenbleiben, aber frei aneinander vorbeigleiten können, könnte sich anders verhalten als ein Festkörper, dessen Moleküle in der Regel in einer gitterartigen Struktur fest miteinander verbunden sind.

Wenn Sie sich die grundlegende Kristallstruktur eines Festkörpers vorstellen (und die Natur dieses sich wiederholenden Musters kann von Substanz zu Substanz variieren), können Sie sich die Kerne der Atome vorstellen sich in den Mittelpunkten von Würfeln befinden, wobei die Elektronen Zwischenräume einnehmen, frei schwingen und im Fall von Metallkörpern frei herumlaufen können, ohne an ihre Eltern angekettet zu sein Kerne.

Wenn die Elektronen eines Festkörpers die Substanz zu einem Dauermagneten oder einem solchen machen, der zu einem solchen Magneten gemacht werden kann, heißt die Substanz ferromagnetisch (aus dem Lateinischen Eisen, bedeutet Eisen). Neben Eisen sind die Elemente Kobalt, Nickel und Gadolinium ferromagnetisch.

Die meisten Substanzen zeigen jedoch andere Reaktionen auf Magnetfelder, wodurch die meisten Atome paramagnetisch oder diamagnetisch werden. Diese Eigenschaften können in den gleichen Materialien in unterschiedlichem Maße gefunden werden, und Faktoren wie die Temperatur können die Reaktion eines Materials auf angelegte Magnetfelder beeinflussen.

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Auf diese Weise wirken die drei Arten von Magnetismus, von denen Sie am wahrscheinlichsten auf der Büroparty hören, in Beziehung zueinander. Während der bereits beschriebene Ferromagnetismus ein Zustand des Permanentmagnetismus ist, wie geschieht dies und welche Alternativen gibt es?

Zufällig gibt es vier gut verstandene Alternativen zum Ferromagnetismus. Paramagnetismus wiederum ist die Eigenschaft, von einem Magnetfeld angezogen zu werden und gilt für eine Vielzahl von Metallen, einschließlich der meisten modernen Kühlschränke. Diamagnetismus ist das Gegenteil, eine Tendenz, von einem Magnetfeld abgestoßen zu werden. Alle Materialien weisen einen gewissen Grad an Diamagnetismus auf. In beiden Fällen kehrt das Material kritischerweise in seinen vorherigen Zustand zurück, wenn das Feld entfernt wird.

• Laut ausgesprochen klingen "Ferromagnetismus" und "Paramagnetismus" sehr ähnlich, seien Sie also vorsichtig, wenn Sie diese Themen in Ihrer Physik-Lerngruppe diskutieren.

Ferrimagnetismus und Antiferromagnetismus sind weniger häufig anzutreffende Arten von Magnetismus. Ferrimagnetische Materialien verhalten sich ähnlich wie ferromagnetische Materialien und umfassen Jacobsit und Magnetit. Hämatit und Troilit sind zwei Verbindungen, die Antiferromagnetismus zeigen, bei denen kein magnetisches Moment erzeugt wird.

Paramagnetische Elemente und paramagnetische Moleküle haben eine Haupteigenschaft gemeinsam: ungepaarte Elektronen. Je mehr davon vorhanden sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass das Atom oder Molekül Paramagnetismus zeigt. Dies liegt daran, dass sich diese Elektronen fest mit der Ausrichtung eines angelegten Magnetfelds ausrichten und so genannte magnetische Dipolmomente um jedes Atom oder Molekül herum erzeugen.

Wenn Sie mit den Regeln der Elektronenfüllung vertraut sind, wissen Sie, dass Orbitale in Unterschalen zwei Elektronen, und dass es eines davon für eine s-Unterschale, drei für eine p-Unterschale und fünf für eine d. gibt Unterschale. Dies ermöglicht eine Kapazität von zwei, sechs und 10 Elektronen in jeder Unterschale, die sich jedoch so füllen, dass jedes Orbital hält so lange wie möglich nur ein Elektron, bis das eine Elektron dort a. aufnehmen muss Nachbar.

Dies bedeutet, dass Sie die Informationen in einem Periodensystem der Elemente verwenden können, um zu bestimmen, ob ein Material paramagnetisch ist und glücklicherweise, ob es ist schwach paramagnetisch (wie in Cl, das ein ungepaartes Elektron hat) oder stark paramagnetisch (wie Platin, das zwei ungepaarte Elektronen hat).

Eine Möglichkeit zur Quantifizierung des Magnetismus ist der Parameter namens magnetische Suszeptibilität χ_ich, die eine dimensionslose Größe ist, die sich auf die Reaktion eines Materials auf ein angelegtes Magnetfeld bezieht. Eisenoxid, FeO, hat einen sehr hohen Wert von 720.

Andere Materialien, die als stark paramagnetisch gelten, sind Eisen-Ammonium-Alaun (66), Uran (40), Platin (26), Wolfram (6.8), Cäsium (5.1), Aluminium (2.2), Lithium (1.4) und Magnesium (1.2), Natrium (0.72) und Sauerstoffgas (0.19).

Diese Werte reichen weit und die von Sauerstoffgas mag bescheiden erscheinen, aber einige paramagnetische Materialien zeigen weitaus kleinere Werte als die oben aufgeführten. Die meisten Feststoffe bei Raumtemperatur haben χ_ich Werte kleiner als 0,00001 oder 1 x 10^-5.

Die Anfälligkeit wird erwartungsgemäß als negativer Wert angegeben, wenn das Material diamagnetisch ist. Beispiele sind Ammoniak (−.26), Wismut (−16.6) Quecksilber (−2.9) und der Kohlenstoff in Diamant (−2.1).