רשימת האטומים הפרמגנטיים

מינים פרמטגנטיים נמצאים בכל מקום. בסביבה הנכונה, והושמע בטון קודר כהלכה, הביטוי הזה יכול לזמן תמונות של פולשים זרים מוזרים המשתוללים בכל רחבי העולם. במקום זאת, זו הצהרה בסיסית על איכות מסוימת המשותפת לקבוצת חלקיקים מוגדרת היטב על כדור הארץ ובסביבתה, ואחת המוגדרת באמצעות קריטריונים אובייקטיביים וקבועים בקלות.

אין ספק שעשיתם שימוש במגנטים בחייכם, וברוב המקרים שפעלתם בתוך שדה מגנטי לא טריוויאלי, לא ידעתם לכך. אולי אפילו תדעו שחומרים מסוימים מתפקדים כמגנטים קבועים, ושהם יכולים למשוך מתכות למרות שמתכות אלה אינן ככל הנראה מגנטים. או שהם?

כשזה קורה, עולם הפיזיקה, במיוחד תחום המשנה של האלקטרומגנטיות, כולל מגוון סוגים של מגנטיות. אחד מאלה הוא פרמגנטיות, וזה מאפיין שלעתים קרובות ניתן לאמת בקלות על ראייה, מכיוון שחומרים פרמגנטיים נמשכים לשדה מגנטי שמופעל חיצונית. אבל איך זה קורה, ומאיפה בכלל "שדות" מגנטיים? הסיכוי ללמוד את כל זה ועוד צריך למשוך אותך להמשיך לקרוא!

בסוף 1700s נצפה כי מחט מצפן, המכוונת לכיוון צפון כתוצאה מהשדה המגנטי של כדור הארץ, יכולה להיות מוטה על ידי נוכחות של זרם חשמלי סמוך.

זו העדויות הידועות הראשונות לכך שחשמל ומגנטיות היו קשורים איכשהו. למעשה, מטענים נעים (שזו ההגדרה של זרם חשמלי) מייצרים שדות מגנטיים עם "קווים" התלויים בגיאומטריה של המעגל החשמלי.

כאשר חוט נושא זרם מפותל, או נכרך מספר פעמים סביב סוגים מסוימים של מתכת, זה יכול לגרום לתכונה של מגנטיות במתכות אלה, לפחות בזמן הזרם הוחל. בחלקם משתמשים במקומות כמו חצרות גרוטאות והם חזקים מספיק בכדי להרים מכוניות שלמות.

יחסי הגומלין של זרם חשמלי ושדות מגנטיים הם נושא שיכול וממלא ספרי לימוד שלמים, אך לעת עתה, עליכם לדעת שהסיבה לכך היא חומרים מסוימים מגיבים בצורה שונה לשדות מגנטיים ממה שאחרים קשורים לתכונות האלקטרונים במעטפת האנרגיה הגבוהה ביותר ("החיצונית ביותר") של האטומים באותם חומרים.

אם חומר מוצק מונח בשדה מגנטי מיושם, אתה עשוי לצפות שהתנהגות המולקולות בחומר תלויה במידה מסוימת במצב החומר. זה גַז, שיש לו מולקולות שנעים די בחופשיות, ו- נוזל, שבהן מולקולות נשארות יחד אך חופשיות להחליק זו על פני זו, עשויות להתנהג באופן שונה ממוצק, שמולקולותיו נעולות במקומן, בדרך כלל במבנה מסוג סריג.

אם אתה מדמיין את מבנה הקריסטל הבסיסי של מוצק (ואופי הדפוס החוזר הזה יכול להשתנות מחומר לחומר), אתה יכול לדמיין את גרעיני האטומים. להיות במרכז הקוביות, כאשר האלקטרונים תופסים חללים ביניהם, חופשיים לרטוט, ובמקרה של מוצקי מתכת, חופשיים להסתובב ללא שרשרת להוריהם גרעינים.

כאשר האלקטרונים של מוצק הופכים את החומר למגנט קבוע או כזה שניתן לעשות ממנו מגנט כזה, החומר נקרא פרומגנטית (מהלטינית ברזל, כלומר ברזל). בנוסף לברזל, היסודות קובלט, ניקל וגדוליניום הם פרומגנטיים.

עם זאת, רוב החומרים מציגים תגובות אחרות לשדות מגנטיים, מה שהופך את מרבית האטומים לפאראמגנטיים או דיאמגנטיים. ניתן למצוא מאפיינים אלה בדרגות שונות באותם חומרים, וגורמים כמו טמפרטורה יכולים להשפיע על תגובת החומר לשדות מגנטיים מיושמים.

שקול שלושה חברים שונים שבחרת כמועמדים לבדוק את אפליקציית המשחקים המדעית החדשה שלך.

אחת מהן מגיבה רק לדחיפות שלך לנסות בכך על ידי היותה עמידה יותר ממה שהיתה משחק כבר בהתחלה. השנייה מסכימה להתקין את האפליקציה ולהשמיע אותה, אך מפסיקה לשחק במהירות ומסירה את ההתקנה של האפליקציה בכל פעם שאתה משאיר אותו לבד, רק כדי להתקין אותה מחדש ולהמשיך לשחק בכל פעם שאתה מופיע שוב; והחבר השלישי מיד מתחבר לאפליקציה ו לעולם לא מפסיק להשתמש בו.

זה באופן רופף איך שלושת מיני המגנטים שאתה הכי סביר לשמוע עליהם במסיבת המשרד עובדים ביחס זה לזה. בעוד שפרומגנטיות, שכבר תוארה, היא מצב של מגנטיות קבועה, כיצד זה קורה, ומהן החלופות?

כשזה קורה, ישנן ארבע חלופות מובנות לפרומגנטיות. פרמגנטיות, שוב, היא המאפיין של משיכה לשדה מגנטי, והיא חלה על מגוון רחב של מתכות, כולל המקררים המודרניים ביותר. דיאמגנטיות היא ההפך, נטייה להדחות על ידי שדה מגנטי. כל החומרים מציגים מידה מסוימת של דיאמגנטיות. בשני המקרים, באופן קריטי, החומר חוזר לקדמותו עם הסרת השדה.

• אם נאמר בקול רם, "פרומגנטיות" ו"פרמגנטיות "נשמעות דומות מאוד, אז היזהר כשאתה דן בנושאים אלה בקבוצת לימודי הפיזיקה שלך.

Ferrimagnetism ו אנטי-מגנטיות נפוצים פחות סוגים של מגנטיות. חומרים פרי-מגנטיים מתנהגים כמו חומרים פרומגנטיים, וכוללים ג'קובסיט ומגנטיט. המטיט והטרואיליט הם שני תרכובות המדגימות אנטי-מגנטיות, שבהן לא נוצר שום רגע מגנטי.

אלמנטים פרמטגנטיים ומולקולות פרמגנטיות חולקים תכונה עיקרית אחת והיא שיש אלקטרונים לא מזוודים. ככל שיש יותר כאלה, כך יש יותר סיכוי שהאטום או המולקולה יגלו פרמגנטיות. הסיבה לכך היא כי אלקטרונים אלה מיישרים עצמם בצורה קבועה עם הכיוון של שדה מגנטי מיושם, ויוצרים משהו שנקרא רגעי דיפול מגנטיים סביב כל אטום או מולקולה.

אם אתה מכיר את כללי "מילוי" האלקטרונים, אתה יודע שאורביטלים בתוך קליפות המשנה יכולים להכיל שניים אלקטרונים כל אחד, ושיש אחד כזה עבור תת קליפה של s, שלוש עבור מעטפת משנה p וחמש עבור a d תת קליפה. זה מאפשר קיבולת של שניים, שישה ו -10 אלקטרונים בכל תת קליפה, אך אלה יתמלאו כך שכל אחד מהם מסלולית מחזיק רק אלקטרון אחד זמן רב ככל האפשר עד שהאלקטרון האחד שם צריך להכיל a שָׁכֵן.

משמעות הדבר היא שאתה יכול להשתמש במידע בטבלה מחזורית של היסודות כדי לקבוע אם חומר יהיה פרמגנטי, ובשמחה, האם זה יהיה פרמגנטי חלש (כמו ב- Cl, שיש לו אלקטרון אחד לא מזווג) או פרמגנטי מאוד (כמו פלטינה, שיש לו שני אלקטרונים לא מזווגים).

אחת הדרכים לכמת מגנטיות היא באמצעות הפרמטר שנקרא רגישות מגנטית χ_M, שהיא כמות חסרת ממד המתייחסת לתגובת החומר לשדה מגנטי מיושם. לתחמוצת ברזל, FeO, ערך גבוה מאוד של 720.

חומרים אחרים הנחשבים לפאראמגנטיים מאוד כוללים אלום אמוניום ברזל (66), אורניום (40), פלטינה (26), טונגסטן (6.8), צזיום (5.1), אלומיניום (2.2), ליתיום (1.4) ומגנזיום (1.2), נתרן (0.72) וגז חמצן (0.19).

ערכים אלה נעים באופן נרחב ואלה של גז חמצן עשויים להיראות צנועים, אך ישנם חומרים פרמגנטיים המציגים ערכים קטנים בהרבה מאלה המפורטים לעיל. ברוב המוצקים בטמפרטורת החדר יש χ_M ערכים נמוכים מ- 0.00001, או 1 x 10^-5.

הרגישות, כפי שניתן היה לצפות, ניתנת כערך שלילי כאשר החומר דיאמגנטי. דוגמאות לכך כוללות אמוניה (-2.6) ביסמוט (-16.6) כספית (-2.9) והפחמן ביהלום (-2.1).