Spesies paramagnetik ada di mana-mana. Dalam pengaturan yang tepat, dan disuarakan dengan nada yang benar-benar muram, frasa itu dapat memunculkan gambar-gambar penyerbu asing aneh yang mengamuk di seluruh dunia. Sebaliknya, ini adalah pernyataan dasar tentang kualitas tertentu yang dimiliki oleh sekumpulan partikel yang terdefinisi dengan baik di dan sekitar Bumi, dan yang didefinisikan dengan menggunakan kriteria yang objektif dan mudah ditentukan.
Anda pasti telah menggunakan magnet dalam hidup Anda, dan dalam kebanyakan kasus bahwa Anda telah beroperasi dalam medan magnet non-sepele, Anda belum menyadarinya. Anda bahkan mungkin tahu bahwa bahan tertentu berfungsi sebagai magnet permanen, dan bahan ini dapat menarik logam meskipun logam itu sendiri tampaknya bukan magnet. Atau apakah mereka?
Seperti yang terjadi, dunia fisika, khususnya sub-disiplin elektromagnetisme, mencakup berbagai jenis magnet. Salah satunya adalah paramagnetisme, dan ini adalah sifat yang sering mudah diverifikasi pada pandangan, karena bahan paramagnetik tertarik ke medan magnet yang diterapkan secara eksternal. Tapi bagaimana ini bisa terjadi, dan dari mana "medan" magnet itu berasal? Kesempatan untuk mempelajari semua itu dan lebih banyak lagi seharusnya sangat menarik Anda untuk terus membaca!
Apa Itu Magnetisme?
Pada akhir 1700-an, diamati bahwa jarum kompas, yang mengarah ke utara sebagai akibat dari medan magnet bumi, dapat dibelokkan oleh adanya arus listrik di dekatnya.
Ini adalah bukti pertama yang diketahui bahwa listrik dan magnet entah bagaimana terhubung. Faktanya, muatan bergerak (yang merupakan definisi arus listrik) menghasilkan medan magnet dengan "garis" yang bergantung pada geometri sirkuit listrik.
Ketika kawat pembawa arus digulung, atau dibungkus beberapa kali, di sekitar jenis logam tertentu, ini dapat menginduksi sifat magnet pada logam ini, setidaknya saat arus sedang terapan. Beberapa di antaranya digunakan di tempat-tempat seperti halaman besi tua dan cukup kuat untuk mengangkat seluruh mobil.
Interaksi arus listrik dan medan magnet adalah subjek yang dapat dan memang mengisi seluruh buku teks, tetapi untuk saat ini, Anda harus tahu bahwa alasan beberapa bahan merespon secara berbeda terhadap medan magnet daripada yang lain berkaitan dengan sifat-sifat elektron di kulit energi tertinggi ("terluar") dari atom-atom di dalamnya. bahan.
Magnetisasi Padatan
Jika zat padat ditempatkan dalam medan magnet yang diterapkan, Anda mungkin mengharapkan perilaku molekul dalam zat tersebut sampai batas tertentu bergantung pada keadaan material. Itu adalah gas, yang memiliki molekul yang bergerak cukup bebas, dan a cair, di mana molekul tetap bersama tetapi bebas meluncur melewati satu sama lain, mungkin berperilaku berbeda dari padatan, yang molekulnya terkunci di tempatnya, biasanya dalam struktur tipe kisi.
Jika Anda membayangkan struktur kristal dasar padatan (dan sifat pola berulang ini dapat bervariasi dari satu zat ke zat lainnya), Anda dapat membayangkan inti atom berada di pusat kubus, dengan elektron menempati ruang di antaranya, bebas bergetar dan, dalam kasus padatan logam, bebas berkeliaran tanpa rantai ke induknya inti.
Ketika elektron dari benda padat membuat zat tersebut menjadi magnet permanen atau yang dapat dibuat menjadi magnet semacam itu, zat tersebut disebut feromagnetik (dari bahasa Latin zat besi, artinya besi). Selain besi, unsur kobalt, nikel dan gadolinium bersifat feromagnetik.
Sebagian besar zat, bagaimanapun, menunjukkan respons lain terhadap medan magnet, membuat sebagian besar atom menjadi paramagnetik atau diamagnetik. Sifat-sifat ini dapat ditemukan pada derajat yang berbeda dalam bahan yang sama, dan faktor-faktor seperti suhu dapat mempengaruhi respons bahan terhadap medan magnet yang diterapkan.
Perbandingan Diamagnetisme, Paramagnetisme, dan Ferromagnetisme
Pertimbangkan tiga teman berbeda yang telah Anda pilih sebagai kandidat untuk menguji aplikasi game sains baru Anda.
Salah satu dari mereka hanya menanggapi dorongan Anda untuk mencobanya dengan menjadi lebih tahan daripada bermain game di awal. Yang kedua setuju untuk menginstal aplikasi dan bermain, tetapi dengan cepat berhenti bermain dan mencopot pemasangan aplikasi setiap kali Anda meninggalkannya sendirian, hanya untuk menginstalnya kembali dan terus bermain setiap kali Anda muncul kembali; dan teman ketiga segera menjadi terpikat pada aplikasi dan tidak pernah berhenti menggunakannya.
Ini adalah bagaimana tiga jenis magnetisme yang paling mungkin Anda dengar di pesta kantor bekerja dalam kaitannya satu sama lain. Sementara feromagnetisme, yang telah dijelaskan, adalah keadaan magnet permanen, bagaimana ini terjadi, dan apa alternatifnya?
Seperti yang terjadi, ada empat alternatif yang dipahami dengan baik untuk feromagnetisme. Paramagnetisme, sekali lagi, adalah sifat tertarik pada medan magnet, dan berlaku untuk berbagai jenis logam, termasuk sebagian besar lemari es modern. Diamagnetisme adalah kebalikannya, kecenderungan untuk ditolak oleh medan magnet. Semua bahan menunjukkan beberapa derajat diamagnetisme. Dalam kedua kasus, secara kritis, materi kembali ke keadaan sebelumnya ketika bidang dihapus.
- Diucapkan dengan lantang, "ferromagnetisme" dan "paramagnetisme" terdengar sangat mirip, jadi berhati-hatilah saat mendiskusikan topik ini dalam kelompok belajar fisika Anda.
Ferrimagnetisme dan antiferromagnetisme jenis magnetisme yang kurang umum ditemui. Bahan ferrimagnetik berperilaku seperti bahan feromagnetik, dan termasuk jacobsite dan magnetit. Hematit dan troilit adalah dua senyawa yang menunjukkan antiferromagnetisme, di mana tidak ada momen magnet yang dihasilkan.
Karakteristik Senyawa Paramagnetik dan Atom
Elemen paramagnetik dan molekul paramagnetik memiliki satu sifat utama dan itu adalah memiliki elektron tidak berpasangan. Semakin banyak, semakin besar kemungkinan atom atau molekul menunjukkan paramagnetisme. Ini karena elektron-elektron ini menyelaraskan diri dengan cara yang tetap dengan orientasi medan magnet yang diterapkan, menciptakan sesuatu yang disebut momen dipol magnetik di sekitar setiap atom atau molekul.
Jika Anda terbiasa dengan aturan "pengisian" elektron, Anda tahu bahwa orbital dalam subkulit dapat menampung dua elektron masing-masing, dan bahwa ada satu untuk subkulit s, tiga untuk subkulit p dan lima untuk d subkulit. Ini memungkinkan kapasitas dua, enam dan 10 elektron di setiap subkulit, tetapi ini akan terisi sehingga masing-masing orbital hanya menampung satu elektron selama mungkin sampai satu elektron di sana harus menampung a tetangga.
Ini berarti Anda dapat menggunakan informasi dalam tabel periodik unsur untuk menentukan apakah suatu bahan bersifat paramagnetik, dan apakah itu akan menjadi paramagnetik lemah (seperti pada Cl, yang memiliki satu elektron tidak berpasangan) atau paramagnetik kuat (seperti platinum, yang memiliki dua elektron tidak berpasangan).
Daftar Atom dan Molekul Diamagnetik dan Paramagnetik
Salah satu cara untuk mengukur magnetisme adalah melalui parameter yang disebut suseptibilitas magnetik χsaya, yang merupakan kuantitas tak berdimensi yang menghubungkan respons material terhadap medan magnet yang diterapkan. Oksida besi, FeO, memiliki nilai yang sangat tinggi yaitu 720.
Bahan lain yang dianggap sangat paramagnetik termasuk alum besi (66), uranium (40), platinum (26), tungsten (6.8), cesium (5.1), aluminium (2.2), lithium (1,4) dan magnesium (1,2), natrium (0,72) dan gas oksigen (0.19).
Nilai-nilai ini berkisar luas dan gas oksigen mungkin tampak sederhana, tetapi beberapa bahan paramagnetik menunjukkan nilai yang jauh lebih kecil daripada yang tercantum di atas. Kebanyakan padatan pada suhu kamar memilikisaya nilai kurang dari 0,00001, atau 1 x 10-5.
Kerentanan, seperti yang Anda duga, diberikan sebagai nilai negatif ketika bahan diamagnetik. Contohnya termasuk amonia ( .26) bismut (−16.6) merkuri (−2.9) dan karbon dalam intan (−2.1).