Oto faktoid dla Ciebie: Nie wszyscy żelazo jest magnetyczny. The za alotrop jest magnetyczny, ale gdy temperatura wzrasta, tak że za zmiany formularza b forma magnetyczna znika, mimo że sieć się nie zmienia.
Kluczowe rzeczy na wynos: nie wszystkie żelazo jest magnetyczne
- Większość ludzi uważa żelazo za materiał magnetyczny. Żelazo jest ferromagnetyczne (przyciągane do magnesów), ale tylko w określonym zakresie temperatur i innych szczególnych warunkach.
- Żelazo ma postać magnetyczną. Forma α występuje poniżej specjalnej temperatury zwanej punktem Curie, która wynosi 770 ° C. Żelazo jest paramagnetyczne powyżej tej temperatury i jedynie słabo przyciągane jest przez pole magnetyczne.
- Materiały magnetyczne składają się z atomów z częściowo wypełnionymi powłokami elektronowymi. Większość materiałów magnetycznych to metale. Inne elementy magnetyczne to nikiel i kobalt.
- Metale niemagnetyczne (diamagnetyczne) obejmują miedź, złoto i srebro.
Dlaczego żelazo jest magnetyczne (czasami)
Ferromagnetyzm to mechanizm przyciągania materiałów do magnesów i tworzenia magnesów trwałych. Słowo faktycznie oznacza żelazny magnetyzm, ponieważ jest to najbardziej znany przykład tego zjawiska i ten, który naukowcy badali po raz pierwszy. Ferromagnetyzm to kwantowa właściwość mechaniczna materiału. Zależy to od jego mikrostruktury i stanu krystalicznego, na który może mieć wpływ temperatura i skład.
Kwantowa właściwość mechaniczna jest określona przez zachowanie elektrony. W szczególności substancja potrzebuje magnetycznego momentu dipolowego, aby być magnesem pochodzącym z atomów z częściowo wypełnionymi powłokami elektronowymi. Atomy wypełnią powłoki elektronowe, które nie są magnetyczne, ponieważ mają zerowy moment dipola netto. Żelazo i inne metale przejściowe mają częściowo wypełnione skorupy elektronów, więc niektóre z tych pierwiastków i ich związki są magnetyczne. W atomach elementów magnetycznych prawie wszystkie dipole ustawiają się poniżej specjalnej temperatury zwanej punktem Curie. W przypadku żelaza punkt Curie występuje w temperaturze 770 ° C. Poniżej tej temperatury żelazo jest ferromagnetyczne (silnie przyciągane przez magnes), ale powyżej żelazo zmienia swoją krystaliczną strukturę i staje się paramagnetyczny (tylko słabo przyczepiony do magnesu).
Inne elementy magnetyczne
Żelazo nie jest jedynym wyświetlanym elementem magnetyzm. Nikiel, kobalt, gadolin, terb i dysproz są również ferromagnetyczne. Podobnie jak w przypadku żelaza, właściwości magnetyczne tych pierwiastków zależą od ich struktury krystalicznej i tego, czy metal znajduje się poniżej swojego punktu Curie. α-żelazo, kobalt i nikiel są ferromagnetyczne, podczas gdy γ-żelazo, mangan i chrom są antyferromagnetyczne. Litowy gaz jest magnetyczny po schłodzeniu poniżej 1 kelwina. Pod pewnymi warunkami mangan, aktynowce (np. pluton i neptun) i ruten są ferromagnetyczne.
Podczas gdy magnetyzm najczęściej występuje w metalach, występuje również rzadko w niemetalach. Na przykład ciekły tlen może zostać uwięziony między biegunami magnesu! Tlen ma niesparowane elektrony, co pozwala mu reagować na magnes. Bor to kolejny niemetal, który się wyświetla paramagnetyczny przyciąganie większe niż jego odpychanie diamagnetyczne.
Stal magnetyczna i niemagnetyczna
Stal jest stopem na bazie żelaza. Większość form stali, w tym stal nierdzewna, jest magnetyczna. Istnieją dwa szerokie rodzaje stali nierdzewnych, które wykazują różne struktury sieci krystalicznej od siebie. Ferrytyczne stale nierdzewne to stopy żelazo-chrom, które są ferromagnetyczne w temperaturze pokojowej. Podczas normalnej niemagnetyzacji stal ferrytyczna zostaje namagnesowana w obecności pola magnetycznego i pozostaje namagnesowana przez pewien czas po usunięciu magnesu. Atomy metalu w ferrytycznej stali nierdzewnej są ułożone w siatce zorientowanej na korpus (bcc). Austenityczne stale nierdzewne wydają się być niemagnetyczne. Stale te zawierają atomy ułożone w siatce sześciennej (fcc).
Najpopularniejszy rodzaj stali nierdzewnej, typ 304, zawiera żelazo, chrom i nikiel (każdy z nich sam w sobie magnetyczny). Jednak atomy tego stopu zazwyczaj mają strukturę sieci fcc, co powoduje, że stop niemagnetyczny. Typ 304 staje się częściowo ferromagnetyczny, jeśli stal jest gięta w temperaturze pokojowej.
Metale, które nie są magnetyczne
Podczas gdy niektóre metale są magnetyczne, większość nie. Kluczowe przykłady obejmują miedź, złoto, srebro, ołów, aluminium, cynę, tytan, cynk i bizmut. Te pierwiastki i ich stopy są diamagnetyczne. Stopy niemagnetyczne obejmują mosiądz i brązowy. Metale te słabo odpychają magnesy, ale zwykle nie wystarczają, aby efekt był zauważalny.
Węgiel jest silnie diamagnetycznym niemetalem. W rzeczywistości niektóre rodzaje grafitu odpychają magnesy wystarczająco silnie, aby lewitować silny magnes.
Źródło
- Devine, Thomas. "Dlaczego magnesy nie działają na niektórych stalach nierdzewnych?" Amerykański naukowiec.