Paramagnetisme dan diamagnetisme

Untuk mengetahui apakah suatu unsur bersifat paramagnetik atau diamagnetik, perlu dipahami bagaimana perilaku ini terjadi dan apa itu. Pertama-tama, Anda harus tahu bahwa semua materi mengalami semacam reaksi terhadap medan magnet. Artinya, semua bahan memiliki momen magnet. Momen magnet mengukur kekuatan dan arah magnetisme suatu unsur. Jadi, ini adalah besaran vektor, yaitu dengan besar dan arah. Di sisi lain, magnet adalah gaya yang dihasilkan oleh magnet ketika mereka saling menarik atau menolak.

Sekarang, semua zat terdiri dari unit-unit kecil yang disebut atom. Atom mengandung elektron, yang merupakan partikel bermuatan listrik. Elektron berputar seperti puncak di sekitar inti atom. Arus listrik yang dihasilkan oleh gerakan ini menyebabkan setiap elektron bertindak seperti magnet kecil. Jadi, elektronlah yang memunculkan sifat magnetik materi.

Magnetisme suatu zat dapat ditiadakan, karena sebagian besar memiliki jumlah elektron yang sama yang berputar berlawanan arah. Namun, agar ada magnetisme, zat kuat lainnya harus memasuki medan magnet dari magnet yang ada.

Semua magnet memiliki dua kutub: kutub utara dan kutub selatan. Seperti diketahui, kutub yang berlawanan menarik dan kutub identik menolak. Ketika sepotong besi digosokkan pada magnet, kutub atom besi yang menghadap ke utara sejajar dengan arah yang sama. Gaya yang dihasilkan oleh atom selaras menghasilkan medan magnet. Di sini, potongan besi telah menjadi magnet.

Gaya magnet tersebut memiliki perilaku yang berbeda-beda, diantaranya adalah paramagnetisme, diamagnetik dan ferromagnetisme.

Apa itu diamagnetisme?

Jenis magnet ini adalah karakteristik bahan yang sejajar dengan sudut siku-siku ke medan magnet yang tidak seragam. Demikian pula, elemen diamagnetik sebagian mengeluarkan dari interiornya medan magnet di mana mereka ditemukan. Diamagnetisme pertama kali diamati pada tahun 1778 oleh SJ Brugmans, tetapi dinamai dan dipelajari dari tahun 1845 oleh Michael Faraday. Ini dan ilmuwan lain menemukan bahwa sebagian besar senyawa, serta beberapa elemen, menunjukkan jenis magnet ini, yang mereka sebut magnet “negatif”.

Ini karena bahan diamagnetik tidak memiliki momen magnet total. Oleh karena itu, mereka harus memiliki medan magnet terapan (H). Namun, ketika medan magnet eksternal diterapkan pada bahan diamagnetik, elektron yang berputar mengalami gerakan. Gerakan ini, yang menghasilkan arus listrik, dikenal sebagai pemrosesan dan, sebagai hasilnya, menimbulkan magnetisasi (M), berlawanan arah dengan medan magnet luar. Oleh karena itu, bahan diamagnetik memiliki kerentanan magnet negatif kecil (χ) dan permeabilitas yang sedikit lebih tinggi daripada vakum (μ0). Namun, nilai suseptibilitas tidak bergantung pada temperatur, yang tidak mempengaruhi diamagnetisme.

Diamagnetisme dalam bahan padat juga dijelaskan oleh Hukum Lenz. Dalam hal ini dinyatakan bahwa arus induksi mempercepat atau memperlambat elektron yang mengorbit atom, sehingga melawan aksi medan luar. Artinya, atom diamagnetik tidak tertarik oleh medan magnet, tetapi ditolak.

paramagnetisme dan ferromagnetisme

Di satu sisi, paramagnetisme mengacu pada keadaan magnetik atom yang memiliki satu atau lebih elektron tidak berpasangan. Elektron yang tidak berpasangan tertarik oleh medan magnet. Ini disebabkan oleh momen dipol magnetik (gaya tarik-menarik antara dua atom) elektron. Aturan Hund menyatakan bahwa elektron harus menempati semua orbital secara individual sebelum setiap orbital ditempati dua kali. Ketika orbital diisi dengan benar, atom dibiarkan dengan elektron tidak berpasangan yang bergerak ke segala arah. Dengan demikian, momen magnet juga bekerja ke segala arah, memungkinkan atom paramagnetik tertarik oleh medan magnet.

Di sisi lain, ketika sebuah elektron sendirian dalam sebuah orbital, orbital tersebut memiliki spin bersih. Ini karena spin elektron tunggal tidak dibatalkan. Oleh karena itu, sebuah atom dianggap paramagnetik ketika mengandung setidaknya satu elektron paramagnetik. Dengan kata sederhana, sebuah atom dapat memiliki sepuluh elektron berpasangan (diamagnetik) dan satu elektron tidak berpasangan (paramagnetik). Atom seperti itu masih dianggap sebagai atom paramagnetik.

Mari kita lihat apa yang terdiri dari feromagnetisme. Ketika momen magnetik semua atom dalam kisi material sejajar satu sama lain, mereka dikenal sebagai feromagnetik. Ini karena domain magnetik material disejajarkan hanya dalam satu arah. Domain material menentukan magnetisasinya dengan penerapan medan magnet. Berlawanan dengan diamagnetisme, keberpihakan momen magnetik dalam bahan feromagnetik menurun seiring dengan suhu. Demikian juga, kerentanan bahan feromagnetik tinggi.

Sama seperti atom diamagnetik yang sedikit ditolak oleh medan magnet, atom paramagnetik sedikit tertarik oleh medan magnet.

Bagaimana mengetahui suatu zat bersifat paramagnetik atau diamagnetik

Seperti yang akan kita lihat sekarang, untuk menentukan sifat magnetik suatu zat, cukup memeriksa konfigurasi elektronnya. Jadi:

• Jika memiliki elektron tidak berpasangan, zat bersifat paramagnetik.
• Jika semua elektron dalam suatu zat dipasangkan, zat tersebut bersifat diamagnetik.

Proses verifikasi ini dapat dilakukan dalam tiga langkah:

1. Tuliskan konfigurasi elektron zat tersebut.
2. Gambarkan orbital valensi.
3. Identifikasi apakah zat tersebut memiliki elektron yang tidak berpasangan.

Dengan langkah-langkah ini, Anda akan dapat menentukan perilaku magnetik seperti apa yang dimiliki suatu zat.

Contoh elemen diamagnetik

• Bismut.
• Air raksa.
• Perak.
• Karbon.
• Memimpin.
• Tembaga.

Contoh unsur feromagnetik

• Besi.
• Nikel.
• Kobalt.
• Gadolinium.
• disprosium.

Contoh elemen paramagnetik

• Uranium.
• Platinum.
• Aluminium.
• Sodium.
• Oksigen.

Sumber

• Magnet dalam Sistem Informasi Geografis (SIG) dari National Geographic Education Resource Library.
• Properti Magnetik di Perpustakaan LibreTexts, diakses 15 Februari 2021.