Paramagneettisten atomien luettelo

Paramagneettisia lajeja on kaikkialla. Oikeissa puitteissa ja oikein synkällä sävyllä ilmaistu lause voisi kutsua kuvia outoista ulkomaalaisista hyökkääjistä, jotka juoksevat ympäri maailmaa. Sen sijaan se on peruslausunto tietystä laadusta, jonka jakavat hyvin määritellyt partikkelisarjat maapallolla ja sen ympäristössä, ja joka määritellään käyttäen objektiivisia ja helposti määriteltäviä kriteereitä.

Et ole epäilemättä käyttänyt magneetteja elämässäsi, ja useimmissa tapauksissa, että olet toiminut ei-triviaalissa magneettikentässä, et ole tietoinen siitä. Saatat jopa tietää, että tietyt materiaalit toimivat kestomagneetteina ja että ne voivat houkutella metalleja, vaikka nämä metallit eivät itsekään ole ilmeisesti magneetteja. Vai ovatko ne?

Kuten tapahtuu, fysiikkamaailma, erityisesti sähkömagnetismin ala-ala, sisältää erilaisia ​​magneettityyppejä. Yksi näistä on paramagnetismi, ja se on ominaisuus, joka on usein helposti todettavissa näkyvissä, koska paramagneettisia materiaaleja houkuttelee ulkoisesti käytetty magneettikenttä. Mutta miten tämä tapahtuu, ja mistä magneettiset "kentät" kuitenkin tulevat? Mahdollisuuden oppia kaikki tämä ja enemmän pitäisi vetää sinua voimakkaasti jatkamaan lukemista!

1700-luvun lopulla havaittiin, että kompassineula, joka osoittaa kohti pohjoista maapallon magneettikentän seurauksena, voidaan ohjata läheisen sähkövirran läsnäololla.

Tämä on ensimmäinen tunnettu todiste siitä, että sähkö ja magneetti olivat jotenkin kytkettyinä. Itse asiassa liikkuvat varaukset (mikä on virran määritelmä) synnyttävät magneettikenttiä "viivoilla" riippuen sähköpiirin geometriasta.

Kun virtaa kuljettava lanka kelataan tai kääritään useita kertoja tietyntyyppisten metallien ympärille, tämä voi indusoida näiden metallien magnetismin ominaisuuden ainakin virran ollessa käynnissä sovellettu. Joitakin näistä käytetään paikoissa, kuten metalliromutehtaissa, ja ne ovat riittävän tehokkaita nostamaan kokonaisia ​​autoja.

Sähkövirran ja magneettikenttien vuorovaikutus on aihe, joka voi täyttää kokonaisia ​​oppikirjoja, mutta toistaiseksi sinun pitäisi tietää, että syy joillekin materiaaleille reagoivat eri tavoin magneettikenttiin kuin toiset liittyvät elektronien ominaisuuksiin näiden atomien korkeimmassa ("uloimmassa") energiakuoressa materiaaleja.

Jos kiinteä aine sijoitetaan sovellettuun magneettikenttään, voit odottaa molekyylien käyttäytymisen aineessa riippuvan jossain määrin materiaalin tilasta. Tuo on kaasu, jossa on molekyylejä, jotka liikkuvat melko vapaasti, ja a nestemäinen, jossa molekyylit pysyvät yhdessä, mutta voivat liukua toistensa ohitse, saattaa käyttäytyä eri tavalla kuin kiinteä aine, jonka molekyylit ovat lukittu paikoilleen, yleensä ristikkotyyppiseen rakenteeseen.

Jos kuvitat kiinteän aineen perusrakenteen (ja tämän toistuvan mallin luonne voi vaihdella aineesta toiseen), voit kuvitella atomien ytimet olla kuutioiden keskipisteessä, elektronien ollessa välissä olevissa tiloissa, vapaana värisemään ja metallisten kiintoaineiden ollessa vapaita vaeltaa ketjuun vanhempiensa kanssa ytimet.

Kun kiinteän aineen elektronit tekevät aineesta kestomagneetin tai sellaisen, josta voidaan tehdä sellainen magneetti, ainetta kutsutaan ferromagneettinen (latinasta ferrum, mikä tarkoittaa rautaa). Raudan lisäksi koboltti, nikkeli ja gadolinium ovat alkuaineina ferromagneettisia.

Suurimmalla osalla aineista on kuitenkin muita vastauksia magneettikenttiin, mikä tekee useimmista atomista paramagneettisia tai diamagneettisia. Nämä ominaisuudet löytyvät eri asteista samoista materiaaleista, ja tekijät, kuten lämpötila, voivat vaikuttaa materiaalin reaktioon sovellettuihin magneettikenttiin.

Harkitse kolme erilaista kaveria, jotka olet valinnut ehdokkaiksi testataksesi uutta tiedepelisovellustasi.

Yksi heistä reagoi vain kehotuksiinsi kokeilla tulemalla vastustuskykyisemmäksi kuin hän pelaamiseen alussa. Toinen suostuu asentamaan sovelluksen ja pelaamaan, mutta lopettaa pelaamisen nopeasti ja poistaa sovelluksen joka kerta, kun jätät hänet yksin, vain asentaaksesi sen uudelleen ja jatkaaksesi pelaamista aina, kun ilmestyt uudelleen. ja kolmas ystävä tarttuu heti sovellukseen ja ei koskaan lopettaa sen käytön.

Näin löyhästi toimivat kolme erilaista magneettisuutta, joista todennäköisimmin kuulet toimistojuhlissa, toimivan suhteessa toisiinsa. Vaikka jo kuvattu ferromagnetismi on pysyvän magneettisuuden tila, miten se tapahtuu, ja mitkä ovat vaihtoehdot?

Kuten tapahtuu, ferromagnetismille on neljä hyvin ymmärrettävää vaihtoehtoa. Paramagnetismi taas on omaisuutta houkutella magneettikenttään, ja se koskee laajaa valikoimaa metalleja, mukaan lukien useimmat modernit jääkaapit. Diamagnetismi on päinvastainen, taipumus torjua magneettikentällä. Kaikilla materiaaleilla on jonkin verran diamagnetismia. Molemmissa tapauksissa kriittisesti materiaali palaa edelliseen tilaansa, kun kenttä poistetaan.

• Ääni puhuttuina "ferromagnetismi" ja "paramagnetismi" kuulostavat paljon samanlaisilta, joten ole varovainen keskustellessasi näistä aiheista fysiikan opintoryhmässäsi.

Ferrimagneetti ja antiferromagnetismi ovat harvinaisempia magnetismin tyyppejä. Ferrimagneettiset materiaalit käyttäytyvät paljon kuin ferromagneettiset materiaalit, ja niihin sisältyy jacobsite ja magnetiitti. Hematiitti ja troiliitti ovat kaksi yhdistettä, jotka osoittavat antiferromagnetismia, jossa magneettista momenttia ei synny.

Paramagneettisilla elementeillä ja paramagneettisilla molekyyleillä on yksi pääpiirre ja sillä on parittomat elektronit. Mitä enemmän niitä on, sitä todennäköisemmin atomi tai molekyyli osoittaa paramagnetismia. Tämä johtuu siitä, että nämä elektronit kohdistuvat kiinteästi käytetyn magneettikentän suuntaukseen ja luovat jokaisen atomin tai molekyylin ympärille jotain magneettidipolimomentiksi kutsuttuja.

Jos olet perehtynyt elektronien "täyttösääntöihin", tiedät, että alikuorien sisällä olevilla kiertoradoilla voi olla kaksi elektroneja kukin, ja että on olemassa yksi näistä s-alikuorelle, kolme p-alikuorelle ja viisi d: lle alakuori. Tämä sallii kahden, kuuden ja 10 elektronin kapasiteetin kussakin alakuoressa, mutta nämä täyttyvät niin, että kukin kiertoradalla on vain yksi elektroni niin kauan kuin mahdollista, kunnes siellä olevan elektronin on mukautettava a naapuri.

Tämä tarkoittaa, että voit käyttää alkuaineiden jaksollisen taulukon tietoja selvittääkseen, onko materiaali paramagneettinen, ja mielellään, onko se on heikosti paramagneettinen (kuten Cl: ssä, jossa on yksi parittamaton elektroni) tai voimakkaasti paramagneettinen (kuten platina, jossa on kaksi parittamatonta elektronia).

Yksi tapa magnetismin kvantifioimiseksi on kutsutun parametrin kautta magneettinen herkkyys χ_m, joka on dimensioton määrä, joka liittyy materiaalin vasteeseen sovellettuun magneettikenttään. Rautaoksidin, FeO: n, arvo on erittäin korkea, 720.

Muita voimakkaasti paramagneettisina pidettyjä materiaaleja ovat rauta-ammoniumaluna (66), uraani (40), platina (26), volframi (6.8), cesium (5.1), alumiini (2.2), litium (1.4) ja magnesium (1.2), natrium (0.72) ja happikaasu (0.19).

Nämä arvot vaihtelevat laajasti ja happikaasun arvo saattaa tuntua vaatimattomalta, mutta joidenkin paramagneettisten materiaalien arvot ovat paljon pienempiä kuin edellä luetellut. Useimmissa kiinteissä aineissa huoneenlämmössä on χ_m arvot ovat alle 0,00001 tai 1 x 10^-5.

Herkkyys, kuten saatat odottaa, annetaan negatiivisena arvona, kun materiaali on diamagneettista. Esimerkkejä ovat ammoniakki (−26) vismutti (−16,6) elohopea (−2,9) ja hiili timantissa (−2,1).