Lijst van paramagnetische atomen

Paramagnetische soorten zijn overal. In de juiste setting, en geuit op een behoorlijk sombere toon, zou die zin beelden kunnen oproepen van vreemde buitenaardse indringers die over de hele wereld amok maken. In plaats daarvan is het een basisverklaring over een bepaalde kwaliteit die wordt gedeeld door een goed gedefinieerde reeks deeltjes op en rond de aarde, en een die wordt gedefinieerd met behulp van objectieve en gemakkelijk te bepalen criteria.

Je hebt ongetwijfeld in je leven gebruik gemaakt van magneten, en in de meeste gevallen dat je in een niet-triviaal magnetisch veld hebt gewerkt, was je je er niet van bewust. Je weet misschien zelfs dat bepaalde materialen als permanente magneten werken en dat deze metalen kunnen aantrekken, ook al zijn die metalen zelf geen magneten. Of zijn ze?

Toevallig omvat de natuurkundige wereld, met name de subdiscipline van het elektromagnetisme, een verscheidenheid aan soorten magnetisme. Een van deze is paramagnetisme, en het is een eigenschap die vaak gemakkelijk op het zicht kan worden geverifieerd, omdat paramagnetische materialen worden aangetrokken door een extern aangelegd magnetisch veld. Maar hoe gebeurt dit, en waar komen magnetische "velden" eigenlijk vandaan? De kans om dat alles en meer te leren, zou je sterk moeten aanzetten om te blijven lezen!

Aan het eind van de 18e eeuw werd waargenomen dat een kompasnaald, die naar het noorden wijst als gevolg van het magnetische veld van de aarde, kan worden afgebogen door de aanwezigheid van een nabijgelegen elektrische stroom.

Dit is het eerste bekende bewijs dat elektriciteit en magnetisme op de een of andere manier met elkaar verbonden waren. In feite genereren bewegende ladingen (wat de definitie is van elektrische stroom) magnetische velden met "lijnen" die afhankelijk zijn van de geometrie van het elektrische circuit.

Wanneer een stroomvoerende draad meerdere keren om bepaalde soorten metaal wordt gewikkeld of gewikkeld, dit kan de eigenschap van magnetisme in deze metalen induceren, tenminste terwijl de stroom wordt toegepast. Sommige hiervan worden gebruikt op plaatsen zoals schrootwerven en zijn krachtig genoeg om hele auto's op te tillen.

Het samenspel van elektrische stroom en magnetische velden is een onderwerp dat hele leerboeken kan en zal vullen, maar voor nu moet je weten dat de reden waarom sommige materialen anders reageren op magnetische velden dan andere heeft te maken met de eigenschappen van de elektronen in de hoogste ("buitenste") energieschil van de atomen in die materialen.

Als een vaste stof in een aangelegd magnetisch veld wordt geplaatst, zou je kunnen verwachten dat het gedrag van de moleculen in de stof tot op zekere hoogte afhangt van de toestand van het materiaal. Dat is een gas-, die moleculen heeft die vrij vrij kunnen bewegen, en a vloeistof, waarin moleculen bij elkaar blijven maar vrij langs elkaar kunnen schuiven, kan zich anders gedragen dan een vaste stof, waarvan de moleculen op hun plaats zijn vergrendeld, meestal in een roosterachtige structuur.

Als je je de basiskristalstructuur van een vaste stof voorstelt (en de aard van dit zich herhalende patroon kan van stof tot stof verschillen), kun je je de kernen van de atomen voorstellen in het midden van kubussen zijn, met de elektronen tussenruimten innemend, vrij om te trillen en, in het geval van metalen vaste stoffen, vrij om rond te zwerven zonder geketend aan hun ouder kernen.

Wanneer de elektronen van een vaste stof van de stof een permanente magneet maken of een magneet die tot zo'n magneet kan worden gemaakt, wordt de stof genoemd ferromagnetisch (uit het Latijn ferrum, ijzer betekent). Naast ijzer zijn de elementen kobalt, nikkel en gadolinium ferromagnetisch.

De meeste stoffen vertonen echter andere reacties op magnetische velden, waardoor de meeste atomen paramagnetisch of diamagnetisch worden. Deze eigenschappen kunnen in verschillende mate in dezelfde materialen worden gevonden, en factoren zoals temperatuur kunnen de reactie van een materiaal op aangelegde magnetische velden beïnvloeden.

Overweeg drie verschillende vrienden die je hebt gekozen als kandidaten om je nieuwe wetenschappelijke gaming-app te testen.

Een van hen reageert alleen op jouw drang om het eens te proberen door in het begin meer weerstand te bieden dan zij was tegen het spelen van spelletjes. De tweede stemt ermee in de app te installeren en te spelen, maar stopt snel met spelen en verwijdert de app elke keer dat je hem met rust laat, alleen om hem opnieuw te installeren en te blijven spelen wanneer je weer verschijnt; en de derde vriend raakt meteen verslaafd aan de app en nooit stopt met het gebruik ervan.

Dit is losjes hoe de drie soorten magnetisme die je het meest zult horen op het kantoorfeest in relatie tot elkaar werken. Hoewel het reeds beschreven ferromagnetisme een toestand van permanent magnetisme is, hoe gebeurt dit en wat zijn de alternatieven?

Er zijn namelijk vier goed begrepen alternatieven voor ferromagnetisme. Paramagnetisme, nogmaals, is de eigenschap dat het wordt aangetrokken door een magnetisch veld en is van toepassing op een breed scala aan metalen, waaronder de meeste moderne koelkasten. Diamagnetisme is het tegenovergestelde, een neiging om afgestoten te worden door een magnetisch veld. Alle materialen vertonen een zekere mate van diamagnetisme. In beide gevallen keert het materiaal, kritisch gezien, terug naar de vorige staat wanneer het veld wordt verwijderd.

• Hardop uitgesproken, "ferromagnetisme" en "paramagnetisme" lijken veel op elkaar, dus wees voorzichtig wanneer u deze onderwerpen bespreekt in uw natuurkundestudiegroep.

Ferrimagnetisme en antiferromagnetisme zijn minder vaak voorkomende vormen van magnetisme. Ferrimagnetische materialen gedragen zich net als ferromagnetische materialen, en omvatten jacobsiet en magnetiet. Hematiet en troilite zijn twee verbindingen die antiferromagnetisme demonstreren, waarbij geen magnetisch moment wordt gegenereerd.

Paramagnetische elementen en paramagnetische moleculen delen één hoofdkenmerk en dat is het hebben van ongepaarde elektronen. Hoe meer van deze er zijn, hoe groter de kans dat het atoom of molecuul paramagnetisme vertoont. Dit komt omdat deze elektronen zichzelf op een vaste manier uitlijnen met de oriëntatie van een aangelegd magnetisch veld, waardoor iets wordt gecreëerd dat magnetische dipoolmomenten wordt genoemd rond elk atoom of molecuul.

Als je bekend bent met de regels voor het vullen van elektronen, weet je dat orbitalen in subschillen er twee kunnen bevatten elektronen elk, en dat er een van deze is voor een s-subschil, drie voor een p-subschil en vijf voor een d onderschaal. Dit zorgt voor een capaciteit van twee, zes en 10 elektronen in elke subschil, maar deze zullen zo vol raken dat elke orbitaal houdt slechts één elektron zo lang mogelijk vast totdat het ene elektron daar plaats moet bieden aan a buurman.

Dit betekent dat u de informatie in een periodiek systeem der elementen kunt gebruiken om te bepalen of een materiaal paramagnetisch zal zijn, en gelukkig, of het zal zwak paramagnetisch zijn (zoals in Cl, dat één ongepaard elektron heeft) of sterk paramagnetisch (zoals platina, dat twee ongepaarde elektronen heeft).

Een manier om magnetisme te kwantificeren is via de parameter genaamd magnetische gevoeligheid χ_m, wat een dimensieloze grootheid is die de reactie van een materiaal op een aangelegd magnetisch veld relateert. IJzeroxide, FeO, heeft een zeer hoge waarde van 720.

Andere materialen die als sterk paramagnetisch worden beschouwd, zijn onder meer ijzerammoniumaluin (66), uranium (40), platina (26), wolfraam (6.8), cesium (5.1), aluminium (2.2), lithium (1.4) en magnesium (1.2), natrium (0,72) en zuurstofgas (0.19).

Deze waarden lopen sterk uiteen en die van zuurstofgas lijkt misschien bescheiden, maar sommige paramagnetische materialen vertonen veel kleinere waarden dan de hierboven genoemde. De meeste vaste stoffen bij kamertemperatuur hebben χ_m waarden kleiner dan 0.00001, of 1 x 10^-5.

De gevoeligheid wordt, zoals je zou verwachten, als een negatieve waarde gegeven wanneer het materiaal diamagnetisch is. Voorbeelden zijn ammoniak (−.26) bismut (−16.6) kwik (−2.9) en de koolstof in diamant (−2.1).