Tabla de Contenidos
Diyamanyetik maddeler, mıknatıslar tarafından çekilmek yerine onlar tarafından itilen maddelerdir. Teknik açıdan , negatif manyetik duyarlılığa sahip olan tüm maddelerdir. Bu maddelerin manyetik alanlar tarafından itilmesinin nedeni, bu alanların her bir atomun çekirdeği etrafında dönen elektronlarda bir akım oluşturması ve bunun da dış alana zıt yönde bir iç manyetik alan oluşturmasıdır. Nihai etki, iki mıknatısa aynı kutup tarafından yaklaşıldığındaki ile aynıdır: itme.
Diamanyetizma ve Paramanyetizma
Evrendeki tüm maddelerin elektronları vardır, dolayısıyla hepsi diamanyetizma üretebilir. Ancak, hepsi diyamanyetik değildir. Bunun nedeni, diyamanyetizmanın çok zayıf bir etki olması ve atomun sahip olduğu herhangi bir kalıcı manyetik moment ile kolayca etkisiz hale getirilmesidir. Bu nedenle, bir element net bir manyetik alan oluşturan eşleşmemiş elektronlara sahip olduğunda, diyamanyetizmayı maskeler. Bu nedenle malzeme manyetik alanlara çekilir ve paramanyetik olarak adlandırılır.
Öte yandan diyamanyetik maddeler söz konusu olduğunda, atomun içinde net bir manyetik moment yoktur, çünkü bu maddeler eşleşmemiş elektronları olmayan bir elektronik konfigürasyona sahiptir ve içindeki tüm manyetik alanlar her bir elektronun dönüşüyle (spini) üretilir. ) birbirini iptal eder.
Basitçe söylemek gerekirse, bazı maddelerin mıknatıslar tarafından çekilmesinin nedeni paramanyetizma iken, bazı maddelerin mıknatıslar tarafından çekilmemesinin nedeni paramanyetizmanın olmamasıdır; son olarak, diyamanyetizma, ikincisinin mıknatıslar tarafından itilmesinin nedenidir.
Merakla, bilinen en diamanyetik elementin (bizmut) olduğu bazı durumlar dışında, bir atomun elektronik konfigürasyonunu belirlemek, onun diamanyetik mi yoksa paramanyetik mi olacağını bilmek için yeterlidir.
Diyamanyetik elemanların elektronik konfigürasyonu
Diyamanyetizmanın merkezinde atomların elektronik konfigürasyonu vardır. Bu anlamda, bir elementin diyamanyetik olup olmadığını bilmek istiyorsanız, tek yapmanız gereken elektronik konfigürasyonunu belirlemek ve eşleşmemiş elektronlara sahip olup olmadığını görmek. Varsa, paramanyetik olacaktır (birkaç istisna dışında), ancak eşleşmemiş elektronları yoksa diamanyetik olacaktır.
Elektronik konfigürasyon, atomlardaki elektronların seviyeler ve alt seviyeler halinde dağıldığını ve bu alt seviyeler içinde atomik orbitaller olarak bilinen şeyleri ortaya koyan kuantum mekaniğinin en önemli sonuçlarının çok basitleştirilmiş bir görüntüsünü temsil eder. Her bir atomik yörüngeye, zıt dönüşlere sahip olması gereken yalnızca iki elektron sığar.
Elektronik konfigürasyonda, her bir elektronun hangi enerji seviyesinde, alt seviyede ve yörüngede bulunduğu belirtilir. Dönüşü ayrıca bir yukarı veya aşağı okla temsil edilir. Aynı yörüngedeki iki elektron zıt dönüşlere sahip olmalıdır ve çift oldukları söylenir.
Örnek
Nitrojenin 7 elektronu vardır, dolayısıyla kuantum mekaniği kurallarına göre belirlenen elektronik konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 3 şeklindedir . Bu elektronları orbitallere bölerek şöyle görünür:
Bu elektronik konfigürasyonda, oklar her bir elektronun dönüşünü temsil eder. Görülebileceği gibi, 1’ler ve 2’ler orbitallerinde elektronlar eşleşir (birbirini tamamlayan zıt dönüşlere sahip bir çift oluştururlar). Burada, izole edilmiş bir nitrojen atomunun, eşleşmemiş üç elektrona sahip olacağı için paramanyetik olacağı açıkça görülebilir. Bununla birlikte, moleküler nitrojende iki nitrojen atomu, her biri üç çift elektron çifti oluşturan üç elektronu paylaşarak nitrojeni diyamanyetik bir molekül yapar.
Diyamanyetik element örnekleri
Neon
Neon bir asil gazdır ve soy gazları karakterize eden bir şey, hepsinin değerlik kabuğunun tüm s ve p orbitallerinin ve tüm eşleştirilmiş elektronlarının dolu olduğu, dolu bir kabuk elektronik konfigürasyonuna sahip olmalarıdır.
Neonun elektronik alt kabuk konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 6’dır . Yörüngelerde şöyle olurdu:
Görüldüğü gibi, neon (tüm soy gazlar gibi) eşleştirilmemiş elektronları olmadığı için diyamanyetik bir elementtir.
Magnezyum
Bu toprak alkali metalin toplam 12 elektronu vardır, dolayısıyla elektronik konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 şeklindedir . Değerlik kabuğu tamamen dolu olmasa da diyamanyetik bir metaldir.
sodyum katyonu
Metalik sodyum, bir s orbitalinde eşleşmemiş bir elektrona sahip bir alkali metaldir (bu nedenle paramanyetiktir), ancak bu elektronu kaybedip Na + katyon haline geldiğinde, 10 elektronlu ve neonun elektron konfigürasyonuna sahip diamanyetik bir tür haline gelir . .
klorür anyonu
Sodyumda olana çok benzer bir şey klorda olur ama tersi olur. Bu durumda, nötr klor atomunun biri eşleşmemiş 17 elektronu vardır. Bununla birlikte, bu halojen kolayca indirgenir, bir elektron alır ve 3p z orbitalini doldurarak argonun elektron konfigürasyonuna sahip diyamanyetik bir tür haline gelir.
Su, odun ve çoğu organik bileşik
Çoğu organik bileşik, su ve diğer pek çok inorganik bileşik, elektronlarını spinlerini çiftleyecek şekilde kimyasal bağlarla birleştirdikleri için diyamanyetiktir. Bu nedenle canlıların çoğu diyamanyetiktir. Aslında, yeterince güçlü bir manyetik alan uygulayarak bir kurbağayı bile havaya kaldırabilirsiniz.
süper iletkenler
Süperiletkenlerin en dikkate değer özelliklerinden biri, elektriksel dirençlerinin olmaması ve elektronlarının içlerinde serbestçe hareket etmesidir. Bu nedenle, bir dış manyetik alan, onları mıknatısın üzerinde yüzdüren güçlü bir diyamanyetik etki oluşturan bir iç akımı indükleme yeteneğine sahiptir.
Kuralın istisnası: Bizmut
Keşfedilen ilk diyamanyetik malzemenin ve ayrıca tüm periyodik tablodaki en diyamanyetik elementin bir değil, iki değil, üç eşleşmemiş elektrona sahip olduğunu ve yine de diyamanyetik olmaya devam ettiğini bilmek ilginçtir.
Peki, eşleşmemiş üç elektronu nedeniyle net bir manyetik momente sahip olmasına rağmen neden diyamanyetik olarak kabul ediliyor? Bunun nedeni, bu durumda diamanyetizmanın paramanyetizmayı (ve açık ara) aşabilmesidir, dolayısıyla bu element aslında manyetik alanlar tarafından itilir.
Referanslar
Atkins, P., Paula J.’den (2014). Atkins’in Fiziksel Kimyası. Oxford, Birleşik Krallık: Oxford University Press.
Chang, R. (2008). FİZİKSEL KİMYA. (1. baskı). New York, New York: McGraw Tepesi.
Pauling, L. (2021). Kuantum Mekaniğine Giriş: Kimyaya Uygulamalarla (Birinci Baskı). New York, New York: McGraw-Hill.
Katıların Manyetik Özellikleri (sf) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Solids/magpr.html adresinden alındı
González, JC, Osorio, A. ve Bustamante, A. (2009). Süper iletken malzemelerde manyetik duyarlılık. Fizik Araştırma Dergisi , 12 (02), 6–14. https://doi.org/10.15381/rif.v12i02.8708
