Paramagnetism și diamagnetism

Pentru a ști dacă un element este paramagnetic sau diamagnetic, este necesar să înțelegem cum apar aceste comportamente și care sunt acestea. Pentru început, trebuie să știți că toate materialele experimentează un fel de reacție la câmpurile magnetice. Adică toate materialele au un moment magnetic. Momentul magnetic măsoară puterea și direcția magnetismului unui element. Astfel, este o mărime vectorială, adică cu mărime și direcție. Pe de altă parte, magnetismul este forța generată de magneți atunci când se atrag sau se resping reciproc.

Acum, toată substanța este formată din unități mici numite atomi. Atomii conțin electroni, care sunt particule încărcate electric. Electronii se rotesc ca vârfuri în jurul nucleului atomului. Curentul electric generat de această mișcare face ca fiecare electron să acționeze ca un mic magnet. Astfel, electronii sunt cei care dau naștere proprietăților magnetice ale materiei.

Magnetismul unei substanțe poate fi anulat, deoarece majoritatea acestora au un număr egal de electroni care se rotesc în direcții opuse. Cu toate acestea, pentru a exista magnetism, o altă substanță puternică trebuie să intre în câmpul magnetic al unui magnet existent.

Toți magneții au doi poli: polul nord și polul sud. După cum se știe, polii opuși se atrag, iar polii identici se resping. Când o bucată de fier este frecată peste un magnet, polii orientați spre nord ai atomilor de fier se aliniază în aceeași direcție. Forța generată de atomii aliniați generează un câmp magnetic. Aici, bucata de fier a devenit un magnet.

Forța magnetică menționată are comportamente diferite, printre care se numără paramagnetismul, diamagnetismul și feromagnetismul.

Ce este diamagnetismul?

Acest tip de magnetism este caracteristic materialelor care se aliniază în unghi drept la un câmp magnetic neuniform. La fel, elementele diamagnetice expulzează parțial din interiorul lor câmpul magnetic în care se găsesc. Diamagnetismul a fost observat pentru prima dată în 1778 de SJ Brugmans, dar a fost numit și studiat din 1845 de Michael Faraday. Acesta și alți oameni de știință au descoperit că majoritatea compușilor, precum și unele elemente, prezintă acest tip de magnetism, pe care l-au numit magnetism „negativ”.

Acest lucru se datorează faptului că materialele diamagnetice nu au un moment magnetic net. Prin urmare, trebuie să aibă prezența unui câmp magnetic aplicat (H). Cu toate acestea, atunci când un câmp magnetic extern este aplicat unui material diamagnetic, electronii care se rotesc experimentează mișcare. Această mișcare, care produce un curent electric, este cunoscută sub denumirea de procesare și, ca urmare, dă naștere unei magnetizări (M), în sens opus celui al câmpului magnetic extern. Prin urmare, materialele diamagnetice au o susceptibilitate magnetică negativă mică (χ) și o permeabilitate puțin mai mare decât vidul (μ0). Cu toate acestea, valoarea susceptibilității este independentă de temperatură, ceea ce nu afectează diamagnetismul.

Diamagnetismul în materialele solide este explicat și prin Legea lui Lenz. În aceasta se afirmă că un curent indus accelerează sau încetinește electronii care orbitează atomii, astfel încât aceștia să se opună acțiunii câmpului exterior. Adică atomii diamagnetici nu sunt atrași de un câmp magnetic, ci respinși.

paramagnetism și feromagnetism

Pe de o parte, paramagnetismul se referă la starea magnetică a unui atom care are unul sau mai mulți electroni nepereche. Electronii nepereche sunt atrași de un câmp magnetic. Acest lucru se datorează momentelor de dipol magnetic (forța de atracție între doi atomi) ale electronilor. Regula lui Hund spune că electronii trebuie să ocupe toți orbitalii individual înainte ca orice orbital să fie ocupat de două ori. Când orbitalii sunt umpluți corespunzător, atomii rămân cu electroni neperechi care se mișcă în orice direcție. Astfel, momentele magnetice acționează și în orice direcție, permițând atomilor paramagnetici să fie atrași de câmpurile magnetice.

Pe de altă parte, atunci când un electron este singur într-un orbital, orbitalul are un spin net. Acest lucru se datorează faptului că spinul electronului singur nu se anulează. Prin urmare, un atom este considerat a fi paramagnetic atunci când conține cel puțin un electron paramagnetic. Cu cuvinte simple, un atom poate avea zece electroni perechi (diamagnetici) și un electron nepereche (paramagnetic). Un astfel de atom ar fi considerat totuși un atom paramagnetic.

Să vedem acum în ce constă feromagnetismul. Când momentele magnetice ale tuturor atomilor din rețeaua unui material sunt paralele între ele, ele sunt cunoscute ca feromagnetice. Acest lucru se datorează faptului că domeniile magnetice ale materialului sunt aliniate într-o singură direcție. Domeniile materialului determină magnetizarea acestuia cu aplicarea câmpului magnetic. Spre deosebire de diamagnetism, alinierea momentelor magnetice din materialul feromagnetic scad cu temperatura. De asemenea, susceptibilitatea materialelor feromagnetice este mare.

Așa cum atomii diamagnetici sunt ușor respinși de un câmp magnetic, atomii paramagnetici sunt ușor atrași de un câmp magnetic.

Cum să știi dacă o substanță este paramagnetică sau diamagnetică

După cum vom vedea acum, pentru a determina proprietățile magnetice ale unei substanțe, este suficient să examinăm configurația electronică a acesteia. Asa de:

• Dacă are electroni nepereche, substanța este paramagnetică.
• Dacă toți electronii dintr-o substanță sunt perechi, acea substanță este diamagnetică.

Acest proces de verificare se poate face în trei pași:

1. Notați configurația electronică a substanței.
2. Desenați orbitalii de valență.
3. Identificați dacă substanța are electroni nepereche.

Cu acești pași, vei putea determina ce fel de comportament magnetic are o substanță.

Exemple de elemente diamagnetice

• Bismut.
• Mercur.
• Argint.
• Carbon.
• Conduce.
• Cupru.

Exemple de elemente feromagnetice

• Fier.
• Nichel.
• Cobalt.
• Gadoliniu.
• disprozie.

Exemple de elemente paramagnetice

• Uraniu.
• Platină.
• Aluminiu.
• Sodiu.
• Oxigen.

Surse

• Magnetismul în Sistemul Informațional Geografic (GIS) de la National Geographic Education Resource Library.
• Proprietăți magnetice la Bibliotecile LibreTexts, accesate pe 15 februarie 2021.