Ne visa geležis yra magnetinė (magnetiniai elementai)

Metalai ir magnetizmas

Geležis ne visada yra magnetinė. Be geležies, yra ir kitų metalų, kurie pasižymi magnetizmu. Mitsuru Sakurai / Getty Images

Štai jums elementarus faktas: ne visi geležies yra magnetinis . The a alotropas yra magnetinis, tačiau kai temperatūra pakyla taip, kad a formos pakeitimai b forma, magnetizmas išnyksta, nors gardelė nesikeičia.

Pagrindiniai dalykai: ne visa geležis yra magnetinė

• Daugelis žmonių mano, kad geležis yra magnetinė medžiaga. Geležis yra feromagnetinė (traukiama prie magnetų), tačiau tik esant tam tikram temperatūros diapazonui ir kitoms specifinėms sąlygoms.
• Geležis yra magnetinė savo α forma. α forma atsiranda žemiau specialios temperatūros, vadinamos Curie tašku, kuri yra 770 °C. Geležis yra paramagnetinė virš šios temperatūros ir tik silpnai traukia magnetinį lauką.
• Magnetines medžiagas sudaro atomai su iš dalies užpildytais elektronų apvalkalais. Taigi dauguma magnetinių medžiagų yra metalai. Kiti magnetiniai elementai yra nikelis ir kobaltas.
• Nemagnetiniai (diamagnetiniai) metalai yra varis, auksas ir sidabras.

Kodėl geležis yra magnetinė (kartais)

Feromagnetizmas yra mechanizmas, kuriuo medžiagos traukia magnetus ir sudaro nuolatinius magnetus. Žodis iš tikrųjų reiškia geležies magnetizmą, nes tai yra labiausiai žinomas reiškinio pavyzdys, kurį mokslininkai pirmą kartą ištyrė. Feromagnetizmas yra kvantinė mechaninė medžiagos savybė. Tai priklauso nuo jo mikrostruktūros ir kristalinės būsenos, kuriai gali turėti įtakos temperatūra ir sudėtis.

Kvantinę mechaninę savybę lemia elgsena elektronų . Konkrečiai, medžiagai reikia magnetinio dipolio momento, kad ji būtų magnetas, gaunamas iš atomų su iš dalies užpildytais elektronų apvalkalais. Atomai užpildyti elektronų apvalkalais nėra magnetiniai, nes jų grynasis dipolio momentas lygus nuliui. Geležis ir kiti pereinamieji metalai turi iš dalies užpildytus elektronų apvalkalus, todėl kai kurie iš šių elementų ir jų junginių yra magnetiniai. Magnetinių elementų atomuose beveik visi dipoliai yra žemiau specialios temperatūros, vadinamos Curie tašku. Geležies atveju Curie taškas yra 770 °C temperatūroje. Žemesnėje temperatūroje geležis yra feromagnetinė (stipriai traukiama magneto), tačiau virš jos geležis keičia savo kristalinę struktūrą ir tampa paramagnetinis (tik silpnai prisilietęs prie magneto).

Kiti magnetiniai elementai

Geležis nėra vienintelis rodomas elementas magnetizmas . Nikelis, kobaltas, gadolinis, terbis ir disprosis taip pat yra feromagnetiniai. Kaip ir geležies atveju, šių elementų magnetinės savybės priklauso nuo jų kristalinės struktūros ir nuo to, ar metalas yra žemiau Curie taško. α-geležis, kobaltas ir nikelis yra feromagnetiniai, o γ-geležis, manganas ir chromas yra antiferomagnetiniai. Ličio dujos yra magnetinės, kai atšaldomos žemiau 1 kelvino. Esant tam tikroms sąlygoms, mangano , aktinidai (pvz., plutonis ir neptulis) ir rutenis yra feromagnetiniai.

Nors magnetizmas dažniausiai pasireiškia metaluose, jis taip pat retai pasitaiko nemetaluose. Pavyzdžiui, skystas deguonis gali būti įstrigęs tarp magneto polių! Deguonis turi nesuporuotų elektronų, todėl jis gali reaguoti į magnetą. Boras yra dar vienas nemetalas, kuris rodomas paramagnetinis trauka yra didesnė nei jo diamagnetinis atstūmimas.

Magnetinis ir nemagnetinis plienas

Plienas yra geležies lydinys. Dauguma plieno formų, įskaitant nerūdijantį plieną, yra magnetiniai. Yra du platūs nerūdijančio plieno tipai, kurių kristalų gardelės struktūra skiriasi viena nuo kitos. Feritinis nerūdijantis plienas yra geležies ir chromo lydiniai, kurie kambario temperatūroje yra feromagnetiniai. Nors paprastai neįmagnetinamas, feritinis plienas įmagnetinamas veikiant magnetiniam laukui ir išlieka įmagnetintas kurį laiką po to, kai magnetas pašalinamas. Feritinio nerūdijančio plieno metalo atomai yra išdėstyti kūno centre (bcc) grotelėje. Austenitinis nerūdijantis plienas yra nemagnetinis. Šiuose plienuose yra atomų, išdėstytų į veidą nukreiptoje kubinėje (fcc) grotelėje.

Populiariausias nerūdijančio plieno tipas, 304 tipas, turi geležies, chromo ir nikelio (kiekvienas yra magnetinis). Tačiau šio lydinio atomai paprastai turi fcc gardelės struktūrą, todėl susidaro nemagnetinis lydinys. 304 tipas iš dalies tampa feromagnetiniu, jei plienas sulenkiamas kambario temperatūroje.

Metalai, kurie nėra magnetiniai

Nors kai kurie metalai yra magnetiniai, dauguma ne. Pagrindiniai pavyzdžiai yra varis, auksas, sidabras, švinas, aliuminis, alavas, titanas, cinkas ir bismutas. Šie elementai ir jų lydiniai yra diamagnetiniai. Nemagnetiniai lydiniai apima Žalvaris ir bronzos . Šie metalai silpnai atstumia magnetus, bet paprastai nepakankamai, kad poveikis būtų pastebimas.

Anglis yra stipriai diamagnetinis nemetalas. Tiesą sakant, kai kurie grafito tipai pakankamai stipriai atstumia magnetus, kad levituotų stiprų magnetą.

Šaltinis

• Devine, Tomas. “ Kodėl magnetai neveikia kai kurių nerūdijančio plieno? ?' Mokslinis amerikietis .