Lista atomów paramagnetycznych

Gatunki paramagnetyczne są wszędzie. We właściwej oprawie i odpowiednio ponurym tonem, zdanie to mogło przywoływać obrazy dziwnych obcych najeźdźców wpadających w amok na całym świecie. Zamiast tego jest to podstawowe stwierdzenie o pewnej jakości, którą podziela dobrze zdefiniowany zestaw cząstek na Ziemi i wokół niej, zdefiniowany za pomocą obiektywnych i łatwych do określenia kryteriów.

Bez wątpienia używałeś w swoim życiu magnesów iw większości przypadków, gdy operowałeś w nietrywialnym polu magnetycznym, nie byłeś tego świadomy. Możesz nawet wiedzieć, że niektóre materiały działają jak magnesy trwałe i mogą przyciągać metale, nawet jeśli same metale nie są pozornie magnesami. Albo czy oni?

Tak się składa, że ​​świat fizyki, a konkretnie subdyscyplina elektromagnetyzmu, obejmuje różne rodzaje magnetyzmu. Jednym z nich jest paramagnetyzm, i jest to właściwość, którą często można łatwo zweryfikować na pierwszy rzut oka, ponieważ materiały paramagnetyczne są przyciągane przez zewnętrzne pole magnetyczne. Ale jak to się dzieje i skąd w ogóle biorą się "pola" magnetyczne? Szansa na nauczenie się tego wszystkiego i jeszcze więcej powinna mocno skłaniać Cię do dalszego czytania!

Pod koniec XVIII wieku zaobserwowano, że igła kompasu skierowana na północ w wyniku ziemskiego pola magnetycznego może zostać odchylona przez obecność pobliskiego prądu elektrycznego.

To pierwszy znany dowód na to, że elektryczność i magnetyzm były w jakiś sposób połączone. W rzeczywistości poruszające się ładunki (co jest definicją prądu elektrycznego) generują pola magnetyczne z „liniami” zależnymi od geometrii obwodu elektrycznego.

Gdy przewód przewodzący prąd jest wielokrotnie zwijany lub owijany wokół niektórych rodzajów metalu, może to indukować właściwość magnetyzmu w tych metalach, przynajmniej gdy prąd jest stosowany. Niektóre z nich są używane w miejscach takich jak składy złomu i są wystarczająco mocne, aby podnieść całe samochody.

Wzajemne oddziaływanie prądu elektrycznego i pól magnetycznych to temat, który może i wypełnia całe podręczniki, ale na razie powinieneś wiedzieć, że powodem niektórych materiałów reagują inaczej na pola magnetyczne niż inne, ma to związek z właściwościami elektronów w najwyższej („zewnętrznej”) powłoce energetycznej atomów w tych materiały.

Jeśli substancja stała zostanie umieszczona w przyłożonym polu magnetycznym, można oczekiwać, że zachowanie cząsteczek substancji będzie w pewnym stopniu zależeć od stanu materiału. To jest gaz, który ma cząsteczki, które poruszają się dość swobodnie, a ciekły, w którym cząsteczki pozostają razem, ale mogą swobodnie przesuwać się obok siebie, mogą zachowywać się inaczej niż ciało stałe, którego cząsteczki są zablokowane w miejscu, zwykle w strukturze typu kratowego.

Jeśli wyobrażasz sobie podstawową strukturę krystaliczną ciała stałego (a natura tego powtarzającego się wzoru może się różnić w zależności od substancji), możesz wyobrazić sobie jądra atomów będąc w środkach sześcianów, z elektronami zajmującymi przestrzenie pomiędzy nimi, swobodnie wibrujące i, w przypadku metalowych ciał stałych, swobodnie wędrować bez łańcucha do swojego rodzica jądra.

Kiedy elektrony ciała stałego czynią z substancji magnes trwały lub taki, który można przekształcić w taki magnes, substancja nazywa się ferromagnetyczny (z łaciny żelazo, co oznacza żelazo). Oprócz żelaza pierwiastki takie jak kobalt, nikiel i gadolin są ferromagnetyczne.

Jednak większość substancji wykazuje inne reakcje na pola magnetyczne, przez co większość atomów staje się paramagnetyczna lub diamagnetyczna. Właściwości te można znaleźć w różnym stopniu w tych samych materiałach, a czynniki takie jak temperatura mogą wpływać na reakcję materiału na przyłożone pola magnetyczne.

Zastanów się nad trzema różnymi znajomymi, których wybrałeś jako kandydatów do przetestowania Twojej nowej aplikacji do gier naukowych.

Jedna z nich reaguje tylko na twoje pragnienie spróbowania, stając się bardziej odporna niż na początku gry. Drugi zgadza się na zainstalowanie aplikacji i grę, ale szybko przestaje grać i odinstalowuje aplikację za każdym razem, gdy zostawiasz go w spokoju, tylko po to, aby ją ponownie zainstalować i grać, gdy tylko się pojawisz; a trzeci przyjaciel natychmiast uzależnia się od aplikacji i nigdy przestaje go używać.

Tak luźno działają trzy rodzaje magnetyzmu, o których najprawdopodobniej usłyszysz na imprezie biurowej. Chociaż ferromagnetyzm, już opisany, jest stanem magnetyzmu trwałego, jak to się dzieje i jakie są alternatywy?

Tak się składa, że ​​istnieją cztery dobrze rozumiane alternatywy dla ferromagnetyzmu. Paramagnetyzm ponownie jest właściwością przyciągania przez pole magnetyczne i dotyczy szerokiej gamy metali, w tym większości nowoczesnych lodówek. Diamagnetyzm jest przeciwieństwem, tendencją do odpychania przez pole magnetyczne. Wszystkie materiały wykazują pewien stopień diamagnetyzmu. W obu przypadkach, krytycznie, materiał powraca do poprzedniego stanu po usunięciu pola.

• Wypowiadane na głos „ferromagnetyzm” i „paramagnetyzm” brzmią podobnie, więc bądź ostrożny podczas omawiania tych tematów w grupie naukowej fizyki.

Ferrimagnetyzm i antyferromagnetyzm są rzadziej spotykanymi rodzajami magnetyzmu. Materiały ferrimagnetyczne zachowują się podobnie jak materiały ferromagnetyczne i obejmują jacobsyt i magnetyt. Hematyt i troilit to dwa związki wykazujące antyferromagnetyzm, w których nie jest generowany żaden moment magnetyczny.

Pierwiastki paramagnetyczne i cząsteczki paramagnetyczne mają jedną główną cechę, którą jest posiadanie niesparowane elektrony. Im jest ich więcej, tym większe prawdopodobieństwo, że atom lub cząsteczka wykażą paramagnetyzm. Dzieje się tak, ponieważ elektrony te ustawiają się w ustalony sposób z orientacją przyłożonego pola magnetycznego, tworząc coś, co nazywa się magnetycznymi momentami dipolowymi wokół każdego atomu lub cząsteczki.

Jeśli znasz zasady „wypełniania” elektronami, wiesz, że orbitale w podpowłokach mogą zawierać dwa elektronów każdy, i że jest jeden z nich dla podpowłoki s, trzy dla podpowłoki p i pięć dla podpowłoki d podpowłoka. Pozwala to na uzyskanie pojemności dwóch, sześciu i 10 elektronów w każdej podpowłoce, ale zapełnią się one tak, że każdy orbital utrzymuje tylko jeden elektron tak długo, jak to możliwe, aż jeden elektron musi pomieścić a sąsiad.

Oznacza to, że możesz wykorzystać informacje z układu okresowego pierwiastków, aby określić, czy materiał będzie paramagnetyczny i szczęśliwie, czy będzie słabo paramagnetyczny (jak w Cl, który ma jeden niesparowany elektron) lub silnie paramagnetyczny (jak platyna, która ma dwa niesparowane elektrony).

Jednym ze sposobów ilościowego określenia magnetyzmu jest użycie parametru zwanego podatność magnetyczna χ_m, która jest bezwymiarową wielkością odnoszącą się do reakcji materiału na przyłożone pole magnetyczne. Tlenek żelaza FeO ma bardzo wysoką wartość 720.

Inne materiały uważane za silnie paramagnetyczne to ałun żelazowo-amonowy (66), uran (40), platyna (26), wolfram (6,8), cez (5,1), glin (2,2), lit (1,4) i magnez (1,2), sód (0,72) i tlen (0.19).

Wartości te są bardzo zróżnicowane i tlen gazowy może wydawać się skromny, ale niektóre materiały paramagnetyczne wykazują znacznie mniejsze wartości niż te wymienione powyżej. Większość ciał stałych w temperaturze pokojowej ma χ_m wartości mniejsze niż 0,00001 lub 1 x 10^-5.

Podatność, jak można się spodziewać, jest wartością ujemną, gdy materiał jest diamagnetyczny. Przykłady obejmują amoniak (-0,26), bizmut (-16,6), rtęć (-2,9) i węgiel w diamencie (-2,1).