ไดอะแมกเนติกคืออะไร? ความหมายและตัวอย่าง

สารไดแมกเนติกคือสารที่พวกมันถูกขับไล่แทนที่จะถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็ก ในแง่เทคนิคพวกมันเป็นสารทั้งหมดที่มีความไวต่อแม่เหล็กเป็นลบ เหตุผลที่สารเหล่านี้ถูกขับไล่โดยสนามแม่เหล็กคือสนามเหล่านี้ทำให้เกิดกระแสในอิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียสของแต่ละอะตอม ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กภายในในทิศทางตรงกันข้ามกับสนามภายนอก ผลสุดท้ายจะเหมือนกับเมื่อแม่เหล็กสองตัวเข้าหากันโดยขั้วเดียวกัน: การผลักกัน

ไดอะแมกเนติกกับพาราแมกเนติก

สสารทั้งหมดในเอกภพมีอิเล็กตรอน ดังนั้นพวกมันจึงสามารถสร้างไดอะแมกเนติกได้ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทั้งหมดที่เป็นไดอะแมกเนติก เหตุผลเบื้องหลังข้อเท็จจริงนี้คือไดอาแมกเนติกเป็นผลที่อ่อนแอมาก และมันถูกต่อต้านได้ง่ายจากโมเมนต์แม่เหล็กถาวรใดๆ ที่อะตอมมีอยู่ ดังนั้น เมื่อองค์ประกอบมีอิเล็กตรอนคู่ที่ไม่ตรงกันซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กสุทธิ ด้วยเหตุนี้ วัสดุจึงถูกดึงดูดเข้าสู่สนามแม่เหล็กและเรียกว่าพาราแมกเนติก

ในกรณีของสารไดอะแมกเนติก ในทางกลับกัน ไม่มีโมเมนต์แม่เหล็กสุทธิภายในอะตอม เนื่องจากสสารเหล่านี้มีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์โดยไม่มีอิเล็กตรอนคู่ และสนามแม่เหล็กทั้งหมดที่เกิดจากการหมุนของอิเล็กตรอนแต่ละตัว (สปินของมัน ) ยกเลิกละกัน.

พูดง่ายๆ คือ พาราแมกเนติกเป็นสาเหตุที่ทำให้สารบางชนิดดึงดูดแม่เหล็ก ในขณะที่การไม่มีพาราแมกเนติกเป็นสาเหตุที่ทำให้สารบางชนิดไม่ดึงดูดแม่เหล็ก ในที่สุด ไดอะแมกเนติกเป็นสาเหตุที่ทำให้แม่เหล็กดูดกลืนกัน

ยกเว้นบางกรณีที่เป็นธาตุไดอะแมกเนติกที่เป็นที่รู้จักมากที่สุด (บิสมัท) ที่น่าสงสัย การพิจารณาการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมก็เพียงพอที่จะทราบได้ว่าจะเป็นไดอะแมกเนติกหรือพาราแมกเนติก

การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบไดอะแมกเนติก

หัวใจของไดอะแมกเนติกคือการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม ในแง่นี้ หากคุณต้องการทราบว่าธาตุใดเป็นแม่เหล็กไดอะแมกเนติกหรือไม่ สิ่งที่คุณต้องทำคือกำหนดโครงร่างทางอิเล็กทรอนิกส์เพื่อดูว่ามีอิเลคตรอนที่ไม่จับคู่หรือไม่ ถ้าเป็นเช่นนั้น มันจะเป็นพาราแมกเนติก (โดยมีข้อยกเว้นบางประการ) แต่ถ้าไม่มีอิเลคตรอนที่ไม่ได้จับคู่ มันจะเป็นไดอะแมกเนติก

การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์แสดงถึงการมองเห็นที่เรียบง่ายมากของผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดของกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งระบุว่าอิเล็กตรอนในอะตอมมีการกระจายในระดับและระดับย่อย และภายในระดับย่อยเหล่านี้คือสิ่งที่เรียกว่าออร์บิทัลของอะตอม ภายในออร์บิทัลของอะตอมแต่ละวงจะมีอิเล็กตรอนเพียงสองตัวพอดีกัน ซึ่งจะต้องมีสปินตรงข้ามกัน

ในการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ จะระบุระดับพลังงาน ระดับย่อย และวงโคจรของอิเล็กตรอนแต่ละตัว การหมุนของมันยังแสดงด้วยลูกศรขึ้นหรือลง อิเล็กตรอน 2 ตัวในออร์บิทัลเดียวกันจะต้องมีสปินที่ตรงกันข้ามและถูกเรียกว่าเป็นคู่

ตัวอย่าง

ไนโตรเจนมีอิเล็กตรอน 7 ตัว ดังนั้นการกำหนด ค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งกำหนดตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัมคือ 1s ² 2s ² 2p ³ การแบ่งอิเล็กตรอนเหล่านี้ออกเป็นออร์บิทัลจะมีลักษณะดังนี้:

ในการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์นี้ ลูกศรแสดงถึงการหมุนของอิเล็กตรอนแต่ละตัว ดังที่เห็นได้ว่าในออร์บิทัล 1s และ 2s อิเล็กตรอนจะถูกจับคู่ ตรงนี้สามารถเห็นได้อย่างชัดเจนว่าอะตอมของไนโตรเจนที่แยกออกมาจะเป็นพาราแมกเนติก เนื่องจากมันจะมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่สามตัว อย่างไรก็ตาม ในโมเลกุลไนโตรเจน อะตอมของไนโตรเจนทั้งสองใช้อิเล็กตรอนร่วมกันสามตัว แต่ละอะตอมสร้างคู่อิเล็กตรอนที่จับคู่กันสามคู่ ทำให้ไนโตรเจนเป็นโมเลกุลไดอะแมกเนติก

ตัวอย่างขององค์ประกอบไดอะแมกเนติก

นีออน

นีออนเป็นก๊าซมีตระกูล และสิ่งที่บ่งบอกลักษณะเฉพาะของก๊าซมีตระกูลก็คือพวกมันทั้งหมดมีโครงร่างอิเล็กทรอนิกส์แบบเติมเชลล์ ซึ่งเวเลนต์เชลล์ของพวกมันมีออร์บิทัล s และ p ทั้งหมดถูกครอบครองอย่างเต็มที่และอิเล็กตรอนที่จับคู่ทั้งหมด

การกำหนดค่า subshell แบบอิเล็กทรอนิกส์ของนีออนคือ1s ² 2s ² 2p ⁶ ในวงโคจรมันจะเป็น:

อย่างที่เห็น นีออน (เช่นเดียวกับก๊าซมีตระกูลทั้งหมด) เป็นธาตุไดอะแมกเนติกเนื่องจากไม่มีอิเล็กตรอนคู่

แมกนีเซียม

โลหะอัลคาไลน์เอิร์ ทนี้มีอิเล็กตรอนทั้งหมด 12 ตัว ดังนั้นการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของมันคือ1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² แม้ว่าเปลือกวาเลนซ์จะไม่ถูกเติมเต็ม แต่ก็เป็นโลหะไดอะแมกเนติก

โซเดียมไอออนบวก

เมทัลลิกโซเดียมเป็นโลหะอัลคาไลที่มีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งอยู่ในออร์บิทัล s (ดังนั้นมันจึงเป็นพาราแมกเนติก) อย่างไรก็ตาม เมื่อสูญเสียอิเล็กตรอนนั้นและกลายเป็นไอออนบวก Na + มันจะกลายเป็นสปีชีส์ไดอะแมกเนติกที่มีอิเล็กตรอน 10 ตัวและโครงแบบอิเล็กตรอน^ของนีออน .

คลอไรด์แอนไอออน

สิ่งที่คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับโซเดียมเกิดขึ้นกับคลอรีน แต่ในทางกลับกัน ในกรณีนี้ อะตอมของคลอรีนที่เป็นกลางมีอิเล็กตรอน 17 ตัว ซึ่งหนึ่งในนั้นไม่มีการจับคู่ อย่างไรก็ตาม ฮาโลเจนนี้ถูกลดขนาดลงอย่างง่ายดาย หยิบอิเล็กตรอนขึ้นมาและเติมออร์บิทัล 3p _zให้กลายเป็นสปีชีส์ไดอะแมกเนติกที่มีการกำหนดค่าอิเล็กตรอนของอาร์กอน

น้ำ ไม้ และสารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่

สารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่รวมทั้งน้ำและสารประกอบอนินทรีย์อื่น ๆ จำนวนมากเป็นไดอะแมกเนติก เนื่องจากพวกมันรวมอิเล็กตรอนในพันธะเคมีในลักษณะที่จับคู่สปิน ด้วยเหตุผลนี้ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จึงเป็นไดอะแมกเนติก ในความเป็นจริง ด้วยการใช้สนามแม่เหล็กที่แรงพอ คุณสามารถทำให้กบลอยได้

ตัวนำยิ่งยวด

คุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดอย่างหนึ่งของตัวนำยิ่งยวดคือไม่มีความต้านทานไฟฟ้าและอิเล็กตรอนของพวกมันจะเคลื่อนที่อย่างอิสระภายในตัวนำยิ่งยวด ด้วยเหตุผลนี้ สนามแม่เหล็กภายนอกจึงสามารถเหนี่ยวนำกระแสภายในได้ ซึ่งสร้างเอฟเฟกต์ไดอะแมกเนติกที่รุนแรงซึ่งทำให้พวกมันลอยอยู่เหนือแม่เหล็ก

ข้อยกเว้นของกฎ: บิสมัท

เป็นเรื่องน่าแปลกที่จะรู้ว่าวัสดุไดอะแมกเนติกชิ้นแรกที่ถูกค้นพบและยังเป็นธาตุไดอะแมกเนติกมากที่สุดในตารางธาตุทั้งหมดนั้นไม่มีอิเล็กตรอนเดี่ยว 3 ตัว แต่ยังคงเป็นไดอะแมกเนติกอยู่

แต่เหตุใดจึงถือว่าเป็นไดอะแมกเนติก ทั้งๆ ที่มีโมเมนต์แม่เหล็กสุทธิเนื่องจากอิเล็กตรอนสามตัวที่ไม่มีการจับคู่ นี่เป็นเพราะในกรณีนี้ ไดอะแมกเนติกมีความสามารถในการเกิน (และโดยมาก) พาราแมกเนติก ดังนั้นองค์ประกอบนี้จึงถูกขับไล่โดยสนามแม่เหล็ก

อ้างอิง

Atkins, P. จาก Paula J. (2014) เคมีเชิงฟิสิกส์ของแอตกินส์ อ็อกซ์ฟอร์ด สหราชอาณาจักร: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด.

ช้าง ร. (2551). เคมีกายภาพ. (พิมพ์ครั้งที่ 1). นิวยอร์กซิตี้, นิวยอร์ก: McGraw Hill

พอลลิง, แอล. (2021). บทนำเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัม: ด้วยการประยุกต์ใช้กับเคมี (พิมพ์ครั้งแรก) นิวยอร์กซิตี้ นิวยอร์ก: McGraw-Hill

คุณสมบัติแม่เหล็กของของแข็ง (sf) สืบค้นจากhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Solids/magpr.html

กอนซาเลซ, JC, Osorio, A. และ Bustamante, A. (2009) ความไวต่อแม่เหล็กในวัสดุตัวนำยิ่งยวด วารสารวิจัยฟิสิกส์ , 12 (02), 6–14. https://doi.org/10.15381/rif.v12i02.8708