Tabla de Contenidos
Diamagneettiset aineet ovat sellaisia, jotka sen sijaan, että ne vetäytyisivät magneeteista, hylkivät niitä. Teknisesti ne ovat kaikkia niitä aineita, joilla on negatiivinen magneettinen suskeptibiliteetti. Syy siihen, miksi magneettikentät hylkivät näitä aineita, on se, että nämä kentät indusoivat virran jokaisen atomin ytimen ympäri kiertävissä elektroneissa, mikä synnyttää sisäisen magneettikentän vastakkaiseen suuntaan kuin ulkoinen kenttä. Loppuvaikutus on sama kuin silloin, kun kahta magneettia lähestyy sama napa: hylkiminen.
Diamagnetismi vs. paramagnetismi
Kaikilla universumin aineilla on elektroneja, joten ne kaikki voivat synnyttää diamagnetismia. Kaikki eivät kuitenkaan ole diamagneettisia. Syynä tähän on se, että diamagnetismi on erittäin heikko vaikutus, ja se on helposti torjuttavissa atomin pysyvällä magneettisella momentilla. Siten, kun elementissä on parittomia elektroneja, jotka muodostavat nettomagneettikentän, se peittää diamagnetismin. Tästä syystä materiaali vetää puoleensa magneettikenttiä ja sitä kutsutaan paramagneettiseksi.
Diamagneettisten aineiden tapauksessa toisaalta atomin sisällä ei ole nettomagneettista momenttia, koska näillä aineilla on elektroninen konfiguraatio ilman parittomia elektroneja ja joissa kaikki magneettikentät, jotka syntyvät kunkin elektronin (sen spinin) pyörimisestä ) kumoavat toisensa.
Yksinkertaisesti sanottuna paramagnetismi on syy siihen, miksi jotkin aineet houkuttelevat magneetteja, kun taas paramagnetismin puuttuminen on syy siihen, miksi jotkin aineet eivät vedä magneetteja; lopuksi diamagnetismi on syy siihen, miksi magneetit hylkivät jälkimmäisiä.
Joitakin tapauksia lukuun ottamatta, joista omituisesti on diamagneettisin tunnettu alkuaine (vismutti), atomin elektronisen konfiguraation määrittäminen riittää sen selvittämiseen, onko se diamagneettinen vai paramagneettinen.
Diamagneettisten elementtien elektroninen konfiguraatio
Diamagnetismin ytimessä on atomien elektroninen konfiguraatio. Tässä mielessä, jos haluat tietää, onko elementti diamagneettinen vai ei, sinun tarvitsee vain määrittää sen elektroninen konfiguraatio nähdäksesi, onko siinä parittomia elektroneja vai ei. Jos on, se on paramagneettinen (joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta), mutta jos siinä ei ole parittomia elektroneja, se on diamagneettinen.
Elektroninen konfiguraatio edustaa hyvin yksinkertaistettua näkemystä kvanttimekaniikan tärkeimmistä tuloksista, mikä osoittaa, että atomien elektronit ovat jakautuneet tasoille ja alatasoille, ja että näillä alatasoilla on niin kutsuttuja atomikiertoradoja. Jokaiselle atomiradalle mahtuu vain kaksi elektronia, joilla on oltava vastakkaiset spinit.
Elektronisessa konfiguraatiossa ilmoitetaan, millä energiatasolla, alatasolla ja kiertoradalla kukin elektroni sijaitsee. Sen pyörimistä edustaa myös nuoli ylös tai alas. Kahdella samalla kiertoradalla olevalla elektronilla on oltava vastakkaiset spinit ja niiden sanotaan olevan parillisia.
Esimerkki
Typessä on 7 elektronia, joten sen elektroninen konfiguraatio kvanttimekaniikan sääntöjä noudattaen on 1s 2 2s 2 2p 3 . Jakamalla nämä elektronit kiertoradalle, se näyttää tältä:
Tässä elektronisessa konfiguraatiossa nuolet edustavat kunkin elektronin spiniä. Kuten voidaan nähdä, 1s- ja 2s-kiertoradalla elektronit ovat pariutuneet (ne muodostavat parin vastakkaisilla spineillä, jotka kumoavat). Tässä voidaan selvästi nähdä, että eristetty typpiatomi olisi paramagneettinen, koska siinä olisi kolme paritonta elektronia. Molekyylitypessä kahdella typpiatomilla on kuitenkin kolme elektronia, joista kukin muodostaa kolme elektroniparia, mikä tekee typestä diamagneettisen molekyylin.
Esimerkkejä diamagneettisista elementeistä
Neon
Neon on jalokaasu, ja jalokaasuille on ominaista se, että niillä kaikilla on täytekuorinen elektroninen konfiguraatio, jossa niiden valenssikuoressa on kaikki s- ja p-orbitaalit täysin varattuina ja kaikki niiden parilliset elektronit.
Neonin elektroninen alikuorikokoonpano on 1s 2 2s 2 2p 6 . Orbitaaleissa se olisi:
Kuten voidaan nähdä, neon (samoin kuin kaikki jalokaasut) on diamagneettinen elementti, koska siinä ei ole parittomia elektroneja.
Magnesium
Tässä maa-alkalimetallissa on yhteensä 12 elektronia, joten sen elektronikonfiguraatio on 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 . Vaikka sen valenssikuori ei ole täysin täytetty, se on diamagneettista metallia.
natriumkationi
Metallinen natrium on alkalimetalli, jonka s-kiertoradalla on pariton elektroni (siis se on paramagneettinen), mutta kun se menettää tämän elektronin ja muuttuu Na + -kationiksi, siitä tulee diamagneettinen laji, jossa on 10 elektronia ja neonin elektronikonfiguraatio . .
Kloridianioni
Jotain hyvin samanlaista kuin natriumin kanssa tapahtuu kloorin kanssa, mutta päinvastoin. Tässä tapauksessa neutraalissa klooriatomissa on 17 elektronia, joista yksi on pariton. Tämä halogeeni kuitenkin pelkistyy helposti, poimii elektronin ja täyttää 3p z -radan , jolloin siitä tulee diamagneettinen laji, jolla on argonin elektronikonfiguraatio.
Vesi, puu ja useimmat orgaaniset yhdisteet
Useimmat orgaaniset yhdisteet sekä vesi ja monet muut epäorgaaniset yhdisteet ovat diamagneettisia, koska ne yhdistävät elektroninsa kemiallisiksi sidoksiksi tavalla, joka muodostaa parin niiden spinien kanssa. Tästä syystä useimmat elävät olennot ovat diamagneettisia. Itse asiassa, käyttämällä tarpeeksi vahvaa magneettikenttää, voit jopa levitoida sammakon.
suprajohteet
Yksi suprajohteiden merkittävimmistä ominaisuuksista on, että niillä ei ole sähköistä vastusta ja niiden elektronit liikkuvat vapaasti niissä. Tästä syystä ulkoinen magneettikenttä pystyy indusoimaan sisäisen virran, joka synnyttää voimakkaan diamagneettisen vaikutuksen, joka saa ne kellumaan magneetin päällä.
Poikkeus sääntöön: Vismutti
On mielenkiintoista tietää, että ensimmäisellä löydetyllä diamagneettisella materiaalilla ja myös koko jaksollisen järjestelmän diamagneettisisimmalla elementillä ei ole yhtä, ei kahta, vaan kolme paritonta elektronia , ja silti se on edelleen diamagneettinen.
Mutta miksi sitä pidetään diamagneettisena, vaikka sillä on nettomagneettinen momentti sen kolmen parittoman elektronin vuoksi? Tämä johtuu siitä, että tässä tapauksessa diamagnetismi pystyy ylittämään (ja ylivoimaisesti) paramagnetismin, joten magneettikentät hylkivät tätä elementtiä.
Viitteet
Atkins, P., kirjoittaja Paula J. (2014). Atkinsin fysikaalinen kemia. Oxford, Iso-Britannia: Oxford University Press.
Chang, R. (2008). FYSIKAALINEN KEMIA. (1. painos). New York City, New York: McGraw Hill.
Pauling, L. (2021). Johdatus kvanttimekaniikkaan: kemian sovelluksilla (ensimmäinen painos). New York City, New York: McGraw-Hill.
Kiinteiden aineiden magneettiset ominaisuudet (sf) Haettu osoitteesta http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Solids/magpr.html
González, JC, Osorio, A., & Bustamante, A. (2009). Suprajohtavien materiaalien magneettinen herkkyys. Physics Research Journal , 12 (02), 6–14. https://doi.org/10.15381/rif.v12i02.8708
