المحتوى
- معاملات مغناطيسية مقابل عناصر مغناطيسية
- حساب ما إذا كان العنصر مسامي أم مغناطيسي
- قائمة الذرات شبه المغناطيسية
- المركبات شبه المغناطيسية
تستجيب جميع الذرات بطريقة ما للحقول المغنطيسية ، لكنها تستجيب بشكل مختلف حسب تكوين الذرات المحيطة بالنواة. اعتمادًا على هذا التكوين ، يمكن أن يكون عنصر ما مغنطيسيًا أو شبه مغناطيسيًا أو مغنطيسيًا مغناطيسيًا. العناصر المغنطيسية - والتي في الواقع كلها ، إلى حد ما - يتم صدها بشكل ضعيف بواسطة المجال المغناطيسي ، في حين تنجذب العناصر المغناطيسية إلى الضعف ويمكن أن تصبح ممغنطة. المواد المغناطيسية لديها أيضا القدرة على أن تصبح ممغنطة ، ولكن على عكس العناصر المغناطيسية ، فإن المغناطيس دائم. كل من المغنطيسية والمغناطيسية الحديدية أقوى من المغناطيسية المغناطيسية ، لذلك لم تعد العناصر التي تظهر إما مغنطيسية مغناطيسية أو مغنطيسية مغناطيسية.
فقط عدد قليل من العناصر المغناطيسية في درجة حرارة الغرفة. وهي تشمل الحديد (Fe) ، والنيكل (Ni) ، والكوبالت (Co) ، والجادولينيوم (Gd) و - كما اكتشف العلماء مؤخرًا - الروثينيوم (Ru). يمكنك صنع مغناطيس دائم مع أي من هذه المعادن عن طريق تعريضها إلى مجال مغناطيسي. قائمة الذرات المغنطيسية أطول بكثير. يصبح العنصر المغنطيسي مغنطيسيًا في وجود مجال مغناطيسي ، لكنه يفقد خصائصه المغناطيسية بمجرد إزالة الحقل. والسبب في هذا السلوك هو وجود إلكترون واحد أو أكثر من الإلكترونات في الغلاف المداري الخارجي.
معاملات مغناطيسية مقابل عناصر مغناطيسية
أحد أهم الاكتشافات في العلوم خلال 200 عام الماضية هو الترابط بين الكهرباء والمغناطيسية. لأن كل ذرة لديها سحابة من الإلكترونات سالبة الشحنة ، لديها القدرة على الخواص المغناطيسية ، ولكن ما إذا كانت تعرض المغناطيسية المغناطيسية ، أو المغنطيسية أو الثنائية المغناطيسية يعتمد على التكوين الخاص بها. لتقدير هذا ، من الضروري أن نفهم كيف تقرر الإلكترونات المدارات التي ستشغلها حول النواة.
تتمتع الإلكترونات بجودة تدعى spin ، والتي يمكنك تصورها على أنها اتجاه الدوران ، رغم أنها أكثر تعقيدًا من ذلك. يمكن أن تحتوي الإلكترونات على "دوران" (يمكن أن تتخيل كدوران في اتجاه عقارب الساعة) أو "تدور لأسفل" (عكس اتجاه عقارب الساعة). إنهم يرتبون أنفسهم على مسافات متزايدة ومحددة بدقة من النواة المسماة القذائف ، وداخل كل قشرة توجد قيعان فرعية لها عدد منفصل من المدارات يمكن أن يشغلها إلكترونان كحد أقصى ، ولكل منهما تدور معاكس. يقال إن إلكترونين يشغلان المدار يقترنان. تدور بهم إلغاء ولا تخلق أي لحظة المغناطيسي صافي. ومن ناحية أخرى ، فإن إلكترونًا واحدًا يشغل المدار ، غير متزاوج ، وينتج عنه لحظة مغناطيسية صافية.
العناصر المغناطيسية هي تلك التي لا تحتوي على إلكترونات غير متزاوجة. تعارض هذه العناصر ضعيفًا المجال المغنطيسي ، الذي يظهره العلماء غالبًا عن طريق رفع مادة مغنطيسية ، مثل الجرافيت ذي البيروليت أو الضفدع (نعم ، الضفدع!) فوق مغناطيس كهربائي قوي. العناصر شبه المغناطيسية هي تلك التي تحتوي على إلكترونات غير متزاوجة. إنها تعطي الذرة لحظة ثنائية الأقطاب المغناطيسية الصافية ، وعندما يتم تطبيق الحقل ، تتماشى الذرات مع الحقل ، ويصبح العنصر مغنطيسيًا. عندما تزيل الحقل ، تتدخل الطاقة الحرارية لإضفاء الطابع العشوائي على المحاذاة ، ويتم فقد المغناطيسية.
حساب ما إذا كان العنصر مسامي أم مغناطيسي
تملأ الإلكترونات القذائف حول النواة بطريقة تقلل من صافي الطاقة. لقد اكتشف العلماء ثلاث قواعد يتبعونها عند القيام بذلك ، والمعروفة باسم مبدأ Aufbrau ، وحكم Hunds ، ومبدأ Pauli Exclusion Principle. بتطبيق هذه القواعد ، يمكن للكيميائيين تحديد عدد الإلكترونات التي تشغل كل من الأجزاء الفرعية المحيطة بالنواة.
لتحديد ما إذا كان عنصر ما مغناطيسيًا أم مغناطيسيًا ، من الضروري فقط إلقاء نظرة على إلكترونات التكافؤ ، وهي تلك التي تشغل الجزء السفلي الخارجي. إذا كان الجزء السفلي الخارجي يحتوي على مدارات ذات إلكترونات غير متزاوجة ، يكون العنصر مغنطيسيًا. خلاف ذلك ، في المغناطيسية لها. يعرّف العلماء الكائنات الفرعية بأنها s و p و d و f. عند كتابة تكوين الإلكترون ، يجب أن تسبق الاتفاقية إلكترونات التكافؤ بالغاز النبيل الذي يسبق العنصر المعني في الجدول الدوري. لقد ملأت الغازات النبيلة مدارات الإلكترون تمامًا ، وهذا هو السبب في أنها خاملة.
على سبيل المثال ، التكوين الإلكتروني للمغنيسيوم (Mg) هو 3s2. تحتوي الطبقة السفلية الخارجية على إلكترونين ، لكنهما غير مرتبطين ، لذلك المغنيسيوم مغنطيسي. من ناحية أخرى ، التكوين الإلكتروني للزنك (Zn) هو 4s23D10. لا يوجد لديه إلكترونات غير مزاوجة في غلافها الخارجي ، لذلك الزنك ثنائي المغناطيسية.
قائمة الذرات شبه المغناطيسية
يمكنك حساب الخواص المغناطيسية لكل عنصر عن طريق كتابة تكوينات الإلكترون الخاصة بهم ، لكن لحسن الحظ ، لا يتعين عليك ذلك. لقد أنشأ الكيميائيون بالفعل جدولًا للعناصر المغناطيسية. وهم على النحو التالي:
المركبات شبه المغناطيسية
عندما تتحد الذرات لتشكل مركبات ، يمكن لبعض هذه المركبات أن تظهر أيضًا مغنطيسية لنفس السبب الذي تفعله العناصر. إذا كان هناك إلكترون واحد أو أكثر غير موجود في المركبات المدارية ، فسيكون المركب مغنطيسي. وتشمل الأمثلة الأكسجين الجزيئي (O2) ، وأكسيد الحديد (FeO) وأكسيد النيتريك (NO). في حالة الأكسجين ، من الممكن عرض هذه الظواهر المغناطيسية باستخدام مغناطيس كهربائي قوي. إذا قمت بصب الأكسجين السائل بين أقطاب المغناطيس ، فسوف يجمع الأكسجين حول القطبين أثناء تبخره لإنشاء سحابة من غاز الأكسجين. جرب نفس التجربة مع النيتروجين السائل (N2) ، وهي ليست مغناطيسية ، ولن تتشكل هذه السحابة.
إذا كنت ترغب في تجميع قائمة بالمركبات المغنطيسية ، فسيتعين عليك فحص تكوينات الإلكترون. نظرًا لأن الإلكترونات غير المقطوعة في قذائف التكافؤ الخارجية التي تمنح الصفات المغنطيسية ، فإن المركبات التي تحتوي على هذه الإلكترونات من شأنها أن تجعل القائمة. هذا ليس صحيحا دائما ، رغم ذلك. في حالة جزيء الأكسجين ، يوجد عدد متساوٍ من إلكترونات التكافؤ ، لكن كل منها يشغل حالة طاقة منخفضة لتقليل حالة الطاقة الكلية للجزيء. بدلاً من زوج الإلكترون في المدار الأعلى ، يوجد إلكترونان غير زوجان في المدارات السفلية ، مما يجعل الجزيء شبه مغنطيسي.