Списак парамагнетних атома

Парамагнетне врсте су свуда. У правилном окружењу, и изражена у правилно мрачном тону, та фраза би могла да призове слике чудних освајача ванземаљаца који се надвијају широм света. Уместо тога, то је основна изјава о одређеном квалитету коју дели добро дефинисан скуп честица на Земљи и око ње, и она дефинисана помоћу објективних и лако утврђених критеријума.

Нема сумње да сте у свом животу користили магнете, а у већини случајева да сте радили у не тривијалном магнетном пољу, тога нисте били свесни. Можда чак знате да одређени материјали функционишу као трајни магнети и да они могу привући метале иако ти метали наизглед нису магнети. Или јесу?

Случајно, свет физике, посебно поддисциплина електромагнетизам, укључује разне врсте магнетизма. Један од ових је парамагнетизам, а то је својство које се често лако може верификовати видом, јер парамагнетни материјали привлаче споља примењено магнетно поље. Али како се то дешава и одакле уопште долазе магнетна „поља“? Шанса да научите све то и још много тога требала би вас снажно вући да наставите да читате!

Крајем 1700-их примећено је да се игла компаса, која је усмерена на север као резултат Земљиног магнетног поља, може одбити присуством оближње електричне струје.

Ово је први познати доказ да су електрицитет и магнетизам некако повезани. У ствари, покретни набоји (што је дефиниција електричне струје) генеришу магнетна поља са „линијама“ зависним од геометрије електричног кола.

Када се жица за струју намота или омота више пута око одређених врста метала, ово може да индукује својство магнетизма у овим металима, бар док траје струја примењује се. Неки од њих се користе на местима попут дворишта за отпадни метал и довољно су снажни да подижу читаве аутомобиле.

Међусобно деловање електричне струје и магнетних поља је предмет који може и испуњава читаве уџбенике, али за сада бисте требали знати да је разлог томе што неки материјали реагују другачије на магнетна поља него што то друге везе имају са својствима електрона у највећој („најудаљенијој“) енергетској љусци атома у њима материјала.

Ако се чврста супстанца стави у примењено магнетно поље, могли бисте очекивати да понашање молекула у супстанци донекле зависи од стања материјала. То је гасни, који има молекуле који се крећу прилично слободно, и а течност, у којем молекули остају заједно, али су слободни да клизе један поред другог, може се понашати другачије од чврсте супстанце, чији су молекули закључани на месту, обично у структури решетканог типа.

Ако замислите основну кристалну структуру чврстог тела (а природа овог понављајућег обрасца може се разликовати од супстанце до супстанце), можете замислити језгра атома налазећи се у центрима коцки, са електронима који заузимају просторе између њих, слободни да вибрирају и, у случају чврстих тела метала, слободно могу да лутају оковани око родитеља језгра.

Када електрони чврсте материје чине супстанцу трајним магнетом или оним од кога се може направити такав магнет, супстанца се назива феромагнетни (од латинског феррум, у значењу гвожђе). Поред гвожђа, феромагнетни су и елементи кобалт, никл и гадолинијум.

Већина супстанци, међутим, показује друге реакције на магнетна поља, чинећи већину атома парамагнетним или дијамагнетним. Ова својства се могу наћи у различитим степенима у истим материјалима, а фактори попут температуре могу утицати на реакцију материјала на примењена магнетна поља.

Размислите о три различита пријатеља која сте изабрали за кандидате да бисте тестирали нову апликацију за научно играње.

Једна од њих само одговара на ваше нагоне да покушате тако што ћете постати отпорнија него што је била на почетку играња игара. Други се слаже да инсталира апликацију и репродукује, али брзо престаје да се репродукује и деинсталира апликацију сваки пут кад га оставите на миру, само да би је поново инсталирао и наставио да се игра кад год се поново појави; а трећи пријатељ се одмах закачи за апликацију и никад престаје да га користи.

На овај начин лабаво делују три врсте магнетизма за које ћете највероватније чути на канцеларијској забави у односу једна на другу. Иако је феромагнетизам, већ описано, стање трајног магнетизма, како се то дешава и које су алтернативе?

Случајно постоје четири добро схваћене алтернативе феромагнетизму. Парамагнетизам је опет својство привлачења магнетног поља и односи се на широк спектар метала, укључујући већину савремених фрижидера. Дијамагнетизам је супротно, тенденција да се магнетним пољем одбија. Сви материјали показују одређени степен дијамагнетизма. У оба случаја, критично, материјал се враћа у претходно стање када се поље уклони.

• Изговорено наглас, „феромагнетизам“ и „парамагнетизам“ звуче много слично, зато будите опрезни када разговарате о овим темама у својој студијској групи за физику.

Ферримагнетизам и антиферромагнетизам ређе се сусрећу врсте магнетизма. Ферримагнетски материјали понашају се слично феромагнетним материјалима и укључују јакобита и магнетит. Хематит и троилит су два једињења која показују антиферромагнетизам, где се не ствара магнетни моменат.

Парамагнетски елементи и парамагнетни молекули деле једну главну особину и то имају неспарени електрони. Што их је више, већа је вероватноћа да ће атом или молекул показати парамагнетизам. То је зато што се ови електрони фиксирају на фиксни начин са оријентацијом примењеног магнетног поља, стварајући нешто што се назива магнетни диполни моменти око сваког атома или молекула.

Ако сте упознати са правилима „пуњења“ електрона, знате да орбитале у потколицама могу да садрже две електрона, и да постоји један од њих за с подљуску, три за п подљуску и пет за д подљуска. Ово омогућава капацитет од два, шест и 10 електрона у свакој подљусци, али они ће се напунити тако да се сваки орбитала држи само један електрон што је дуже могуће док један тамошњи електрон не сме да прими а комшија.

То значи да можете да користите информације у периодном систему елемената да бисте утврдили да ли ће материјал бити парамагнетни и, сретно, да ли биће слабо парамагнетичан (као у Цл, који има један неспарени електрон) или јако парамагнетни (попут платине, која има два неспарена електрона).

Један од начина за квантификовање магнетизма је параметар тзв магнетна осетљивост χ_м, која је бездимензионална величина која односи одзив материјала на примењено магнетно поље. Гвоздени оксид, ФеО, има врло високу вредност од 720.

Остали материјали који се сматрају јако парамагнетним укључују гвожђе амонијум стипсу (66), уранијум (40), платину (26), волфрам (6.8), цезијум (5.1), алуминијум (2.2), литијум (1.4) и магнезијум (1.2), натријум (0.72) и гасови кисеоника (0.19).

Ове вредности се широко крећу и можда се чини да су вредности гасова кисеоника скромне, али неки парамагнетни материјали показују далеко мање вредности од горе наведених. Већина чврстих супстанци на собној температури има χ_м вредности мање од 0,00001 или 1 к 10^-5.

Осетљивост се, као што бисте могли очекивати, даје као негативна вредност када је материјал дијамагнетни. Примери укључују амонијак (-26) бизмута (-16,6) живе (-2,9) и угљеник у дијаманту (-2,1).