Materiali se lahko razvrstijo med feromagnetne, paramagnetne ali diamagnetno na podlagi njihovega odziva na zunanje magnetno polje.
Feromagnetizem je velik učinek, pogosto večji od učinka uporabljenega magnetnega polja, ki ostane tudi v odsotnosti uporabljenega magnetnega polja. Diamagnetizem je lastnost, ki nasprotuje uporabnemu magnetnemu polju, vendar je zelo šibka.
Paramagnetizem je močnejši od diamagnetizma, vendar šibkejši od feromagnetizma. Za razliko od feromagnetizma paramagnetizem ne vztraja, ko odstranimo zunanje magnetno polje, ker termično gibanje randomiziraspiranje elektronov usmeritve.
Moč paramagnetizma je sorazmerna z močjo uporabljenega magnetnega polja. Paramagnetizem se pojavi, ker se oblikujejo orbite elektronov trenutno zanke, ki proizvajajo magnetno polje in prispevajo magnetni trenutek. V paramagnetnih materialih se magnetni trenutki elektronov med seboj ne odpovedo popolnoma.
Kako deluje diamagnetizem
Vse materiali so diamagnetni. Diamagnetizem se pojavi, ko orbitalno
gibanje elektronov tvori drobne tokovne zanke, ki proizvajajo magnetna polja. Če uporabimo zunanje magnetno polje, se trenutne zanke poravnajo in nasprotujejo magnetnemu polju. To je atomska variacija Lenzovega zakona, ki navaja, da inducirana magnetna polja nasprotujejo spremembi, ki jih je oblikovala.Če imajo atomi neto magnetni moment, nastali paramagnetizem preplavi diamagnetizem. Diamagnetizem je tudi premočen, ko dolgoročno urejanje atomskih magnetnih trenutkov povzroči feromagnetizem.
Torej so paramagnetni materiali tudi diamagnetni, a ker je paramagnetizem močnejši, se tako razvrščajo.
Opozoriti je treba, da kateri koli prevodnik kaže močan diamagnetizem v prisotnosti spreminjajočega se magnetnega polja, ker bodo obtočni tokovi nasprotovali magnetnim poljem. Prav tako je kateri koli superprevodnik popoln diamagnet, saj ni odpornosti na nastanek tokovnih zank.
S preučitvijo elektronske konfiguracije vsakega elementa lahko ugotovite, ali je neto učinek v vzorcu diamagnetni ali paramagnetni. Če so elektronske podstepe v celoti napolnjene z elektroni, bo material diamagneten, ker se magnetna polja med seboj odpovejo. Če so elektronske poddolbine nepopolno napolnjene, bo prišlo do magnetnega trenutka in material bo paramagneten.
Primer paramagnetnega vs diamagnetnega
Kateri od naslednjih elementov naj bi bil paramagnetni? Diamagnetno?
- On
- Bodi
- Li
- N
Rešitev
Vsi elektroni so sparno seznanjeni v diamagnetnih elementih, zato so njihove poddružine dokončane, zaradi česar magnetna polja ne vplivajo nanje. Paramagnetno na elemente močno vplivajo magnetna polja, ker njihove poddruge niso popolnoma napolnjene z elektroni.
Če želite ugotoviti, ali so elementi paramagnetni ali diamagnetni, zapišite elektrona konfiguracija za vsak element.
- On: 1s2 poddružina je napolnjena
- Bodi: 1s22s2 poddružina je napolnjena
- Li: 1s22s1 podplata ni napolnjena
- N: 1s22s22p3 podplata ni napolnjena
Odgovor
- Li in N sta paramagnetna.
- On in Be sta diamagnetna.
Enaka situacija velja za spojine kot elemente. Če obstajajo parni elektroni, bodo povzročili privlačnost v uporabljenem magnetnem polju (paramagnetnem). Če ni parnih elektronov, ne bo privlačenja uporabljenega magnetnega polja (diamagnetnega).
Primer paramagnetne spojine je koordinacija zapleteno [Fe (edta)3]2-. Primer diamagnetne spojine bi bil NH3.