Kā noteikt, vai elements ir paramagnētisks vai diamagnētisks

Diamagnētiskā cilpa.

MARKS GARLIKS / Getty Images

Materiālus var klasificēt kā feromagnētiskus, paramagnētiskus vai diamagnētisks pamatojoties uz to reakciju uz ārējo magnētisko lauku.

Feromagnētisms ir liels efekts, bieži vien lielāks par pielietotā magnētiskā lauka ietekmi, kas saglabājas pat tad, ja nav pielietota magnētiskā lauka. Diamagnētisms ir īpašība, kas ir pretrunā ar pielietoto magnētisko lauku, taču tā ir ļoti vāja.

Paramagnētisms ir spēcīgāks par diamagnētismu, bet vājāks par feromagnētismu. Atšķirībā no feromagnētisma, paramagnētisms nepastāv, kad ārējais magnētiskais lauks tiek noņemts, jo termiskā kustība nejauši iedala elektronu spin orientācijas.

Paramagnētisma stiprums ir proporcionāls pielietotā magnētiskā lauka stiprumam. Paramagnētisms rodas tāpēc, ka veidojas elektronu orbītas strāva cilpas, kas rada magnētisko lauku un veicina magnētisko momentu. Paramagnētiskos materiālos elektronu magnētiskie momenti viens otru pilnībā neizslēdz.

Kā darbojas diamagnētisms

Visi materiāli ir diamagnētiski. Diamagnētisms rodas, kad orbitālā elektronu kustība veido sīkas strāvas cilpas, kas rada magnētiskos laukus. Kad tiek pielietots ārējs magnētiskais lauks, strāvas cilpas izlīdzinās un ir pretrunā ar magnētisko lauku. Tā ir Lenca likuma atomu variācija, kas nosaka, ka inducētie magnētiskie lauki ir pretrunā izmaiņām, kas tos veidoja.

Ja atomiem ir neto magnētiskais moments, iegūtais paramagnētisms pārspēj diamagnētismu. Diamagnētisms ir pārslogots arī tad, ja atomu magnētisko momentu sakārtošana lielos attālumos rada feromagnētismu.

Tātad paramagnētiskie materiāli ir arī diamagnētiski, taču, tā kā paramagnētisms ir spēcīgāks, tos klasificē šādi.

Ir vērts atzīmēt, ka jebkuram vadītājam ir spēcīgs diamagnētisms mainīga magnētiskā lauka klātbūtnē, jo cirkulējošās strāvas būs pretrunā ar magnētiskā lauka līnijām. Turklāt jebkurš supravadītājs ir ideāls diamagnēts, jo nav pretestības strāvas cilpu veidošanai.

Varat noteikt, vai neto efekts paraugā ir diamagnētisks vai paramagnētisks, pārbaudot katra elementa elektronu konfigurāciju. Ja elektronu apakščaulas ir pilnībā piepildītas ar elektroniem, materiāls būs diamagnētisks, jo magnētiskie lauki izslēdz viens otru. Ja elektronu apakščaulas ir nepilnīgi aizpildītas, radīsies magnētiskais moments un materiāls būs paramagnētisks.

Paramagnētiskais vs diamagnētiskais piemērs

Kurš no šiem elementiem būtu paramagnētisks? Diamagnētisks?

• Viņš
• Esi
• Tas
• N

Risinājums

Visi elektroni ir savienoti pārī diamagnētiskajos elementos, tāpēc to apakšapvalki ir pabeigti, tādējādi magnētiskie lauki tos neietekmē. Paramagnētisks elementus spēcīgi ietekmē magnētiskie lauki, jo to apakščaulas nav pilnībā piepildītas ar elektroniem.

Lai noteiktu, vai elementi ir paramagnētiski vai diamagnētiski, pierakstiet elektrons konfigurācija katram elementam.

• Viņš: 1s^diviapakščaula ir aizpildīta
• Esi: 1s^divi2s^diviapakščaula ir aizpildīta
• Li: 1s^divi2s¹apakščaula nav aizpildīta
• N: 1s^divi2s^divi2p³apakščaula nav aizpildīta

Atbilde

• Li un N ir paramagnētiski.
• Viņš un Be ir diamagnētiski.

Tāda pati situācija attiecas uz savienojumiem kā uz elementiem. Ja ir nepāra elektroni, tie izraisīs pievilcību pielietotajam magnētiskajam laukam (paramagnētiskam). Ja nav nepāra elektronu, nebūs pievilcības pielietotajam magnētiskajam laukam (diamagnētiskajam).

Paramagnētiskā savienojuma piemērs varētu būt koordinācijakomplekss[Pasaka₃]^divi-. Diamagnētiskā savienojuma piemērs varētu būt NH₃.