Парамагнетизъм и диамагнетизъм

За да разберете дали даден елемент е парамагнитен или диамагнитен, е необходимо да разберете как възникват тези поведения и какви са те. Като начало трябва да знаете, че всички материали реагират по някакъв начин на магнитни полета. Тоест всички материали имат магнитен момент. Магнитният момент измерва силата и посоката на магнетизма на даден елемент. По този начин това е векторно количество, тоест с големина и посока. От друга страна, магнетизмът е силата, генерирана от магнитите, когато те се привличат или отблъскват.

Цялото вещество се състои от малки единици, наречени атоми. Атомите съдържат електрони, които са електрически заредени частици. Електроните се въртят като върхове около ядрото на атома. Електрическият ток, генериран от това движение, кара всеки електрон да действа като малък магнит. По този начин електроните са тези, които пораждат магнитните свойства на материята.

Магнетизмът на дадено вещество може да бъде анулиран, тъй като повечето от тях имат равен брой електрони, които се въртят в противоположни посоки. Въпреки това, за да има магнетизъм, друго силно вещество трябва да влезе в магнитното поле на съществуващ магнит.

Всички магнити имат два полюса: северен полюс и южен полюс. Както е известно, противоположните полюси се привличат, а еднаквите се отблъскват. Когато парче желязо се търка върху магнит, обърнатите на север полюси на железните атоми се изравняват в една и съща посока. Силата, генерирана от подредените атоми, генерира магнитно поле. Ето, парчето желязо се е превърнало в магнит.

Споменатата магнитна сила има различни поведения, сред които е парамагнетизъм, диамагнетизъм и феромагнетизъм.

Какво е диамагнетизъм?

Този тип магнетизъм е характерен за материали, които са разположени под прав ъгъл спрямо нееднородно магнитно поле. По същия начин диамагнитните елементи частично изхвърлят от вътрешността си магнитното поле, в което се намират. Диамагнетизмът е наблюдаван за първи път през 1778 г. от SJ Brugmans, но е наречен и изследван от 1845 г. от Майкъл Фарадей. Този и други учени откриха, че повечето съединения, както и някои елементи, проявяват този тип магнетизъм, който те нарекоха „отрицателен“ магнетизъм.

Това е така, защото диамагнитните материали нямат нетен магнитен момент. Следователно те трябва да имат наличие на приложено магнитно поле (H). Въпреки това, когато външно магнитно поле се приложи към диамагнитен материал, въртящите се електрони изпитват движение. Това движение, което произвежда електрически ток, е известно като обработка и в резултат на това води до намагнитване (M) в посока, обратна на тази на външното магнитно поле. Следователно диамагнитните материали имат малка отрицателна магнитна чувствителност (χ) и малко по-висока пропускливост от вакуума (μ0). Стойността на чувствителността обаче не зависи от температурата, което не влияе на диамагнетизма.

Диамагнетизмът в твърдите материали също се обяснява със закона на Ленц. В него се посочва, че индуцираният ток ускорява или забавя електроните, които обикалят около атомите, така че те се противопоставят на действието на външното поле. Тоест диамагнитните атоми не се привличат от магнитно поле, а се отблъскват.

парамагнетизъм и феромагнетизъм

От една страна, парамагнетизмът се отнася до магнитното състояние на атом, който има един или повече несдвоени електрони. Несдвоените електрони се привличат от магнитно поле. Това се дължи на магнитните диполни моменти (сила на привличане между два атома) на електроните. Правилото на Хунд гласи, че електроните трябва да заемат всички орбитали поотделно, преди някоя орбитала да бъде заета два пъти. Когато орбиталите са правилно запълнени, атомите остават с несдвоени електрони, движещи се във всяка посока. По този начин магнитните моменти също действат във всяка посока, позволявайки на парамагнитните атоми да бъдат привлечени от магнитни полета.

От друга страна, когато един електрон е сам в орбитала, орбиталата има нетен спин. Това е така, защото спинът на самотния електрон не се отменя. Следователно един атом се счита за парамагнитен, когато съдържа поне един парамагнитен електрон. С прости думи, един атом може да има десет сдвоени (диамагнитни) електрона и един несдвоен (парамагнитен) електрон. Такъв атом все още ще се счита за парамагнитен атом.

Нека сега видим от какво се състои феромагнетизмът. Когато магнитните моменти на всички атоми в решетката на материала са успоредни един на друг, те са известни като феромагнитни. Това е така, защото магнитните домейни на материала са подравнени само в една посока. Домейните на материала определят неговата магнетизация с прилагането на магнитното поле. Противно на диамагнетизма, подравняването на магнитните моменти във феромагнитния материал намалява с температурата. По същия начин чувствителността на феромагнитните материали е висока.

Точно както диамагнитните атоми са леко отблъснати от магнитно поле, парамагнитните атоми са леко привлечени от магнитно поле.

Как да разберете дали дадено вещество е парамагнитно или диамагнитно

Както ще видим сега, за да се определят магнитните свойства на дадено вещество, е достатъчно да се изследва неговата електронна конфигурация. Така:

• Ако има несдвоени електрони, веществото е парамагнитно.
• Ако всички електрони в едно вещество са сдвоени, това вещество е диамагнитно.

Този процес на проверка може да се извърши в три стъпки:

1. Запишете електронната конфигурация на веществото.
2. Начертайте валентните орбитали.
3. Определете дали веществото има несдвоени електрони.

С тези стъпки ще можете да определите какъв вид магнитно поведение има дадено вещество.

Примери за диамагнитни елементи

• Бисмут.
• Живак.
• Сребро.
• въглерод.
• Водя.
• Мед.

Примери за феромагнитни елементи

• Желязо.
• никел.
• Кобалт.
• Гадолиний.
• диспрозий.

Примери за парамагнитни елементи

• Уран.
• Платина.
• Алуминий.
• Натрий.
• Кислород.

Източници

• Магнетизмът в географската информационна система (GIS) от National Geographic Education Resource Library.
• Магнитни свойства в LibreTexts Libraries, достъп на 15 февруари 2021 г.