Садржај
- Парамагнетни и дијамантски елементи
- Израчунавање да ли је елемент парамагнетни или дијамагнетни
- Листа парамагнетних атома
- Парамагнетна једињења
Сви атоми на неки начин реагују на магнетна поља, али различито реагују у зависности од конфигурације атома који окружују језгро. У зависности од ове конфигурације, елемент може бити дијамантски, парамагнетни или феромагнетски. Елементи који су дијамагнетни - што је заправо и све, до неке мере - слабо их одбија магнетно поље, док парамагнетни елементи слабо привлаче и могу се магнетизовати. Феромагнетски материјали такође имају могућност магнетизовања, али за разлику од парамагнетних елемената, магнетизација је трајна. И парамагнетизам и феромагнетизам су јачи од дијамагнетизма, тако да елементи који показују или парамагнетизам или феромагнетизам више нису дијамагнетни.
Само неколико елемената је феромагнетско на собној температури. Они укључују гвожђе (Фе), никл (Ни), кобалт (Цо), гадолинијум (Гд) и - како су научници недавно открили - рутенијум (Ру). Можете направити трајни магнет са било којим од ових метала излагањем магнетном пољу. Листа парамагнетних атома је много дужа. Парамагнетни елемент постаје магнетни у присуству магнетног поља, али чим изгуби своје магнетно својство губи магнетна својства. Разлог оваквог понашања је присуство једног или више непарних електрона у спољној орбиталној љусци.
Парамагнетни и дијамантски елементи
Једно од најважнијих открића у науци током последњих 200 година је међусобна повезаност електричне енергије и магнетизма. Пошто сваки атом има облак негативно наелектрисаних електрона, он има потенцијал за магнетна својства, али да ли показује феромагнетизам, парамагнетизам или дијамагнетизам зависи од њихове конфигурације. Да бисте то схватили, потребно је схватити како електрони одлучују коју орбиту заузимају око језгра.
Електрони имају квалитет који се назива спино, који можете да замислите као смер ротације, мада је његов компликованији од тога. Електрони могу имати „спин-уп“ (који можете да замислите као ротацију у смеру казаљке на сату) или „спин-уп“ (у смеру супротном од казаљке на сату). Они се распоређују на повећању, строго одређених удаљености од језгра које се називају љуске, а унутар сваке љуске налазе се поддухе које имају дискретни број орбитала које могу заузети највише два електрона, а свака има супротни спин. Два електрона која заузимају орбиталу кажу да су упарени. Спинови им отказују и не стварају нето магнетни тренутак. Један електрон који заузима орбиталу, с друге стране, није упарен, а то резултира нето магнетним тренутком.
Дијагностички елементи су они који немају парне електроне. Ови елементи се слабо супротстављају магнетном пољу, што научници често демонстрирају левитирањем дијамагнетног материјала, као што је пиролитски графит или жаба (да, жаба!) Преко јаког електромагнета. Парамагнетни елементи су они који имају непароване електроне. Они дају атому нето-магнетног диполног момента, а када се примени поље, атоми се поравнавају са пољем, а елемент постаје магнетни. Када уклоните поље, топлотна енергија интервенише да би насумично подесила поравнање, а магнетизам се губи.
Израчунавање да ли је елемент парамагнетни или дијамагнетни
Електрони испуњавају љуске око језгра на начин који смањује нето енергију. Научници су открили три правила која се поштују радећи ово, познато као Ауфбрау-ов принцип, Правило Хундс-а и Паули-ово начело искључења. Примјењујући ова правила, хемичари могу утврдити колико електрона заузима свако подстеље које окружује језгро.
Да би се утврдило да ли је елемент дијамагнетни или парамагнетни, потребно је само погледати валентне електроне, који су они који заузимају најудаљенију подстелију. Ако најудаљенија поткољеница садржи орбитале са парним електронима, елемент је парамагнетни. Иначе је дијамагнетно. Научници идентификују подсисте као с, п, д и ф. При писању конфигурације електрона, конвенција је да претходи валентним електронима племенитим гасом који претходи предметном елементу у периодној табели. Племенити гасови су у потпуности испунили електронске орбитале, због чега су инертне.
На пример, конфигурација електрона за магнезијум (Мг) је 3с2. Вањска поткољеница садржи два електрона, али су непарни, тако да је магнезијум парамагнетан. С друге стране, електронска конфигурација цинка (Зн) је 4с23д10. У својој спољној љусци нема неупарених електрона, па је цинк дијамагнетни.
Листа парамагнетних атома
Магнетна својства сваког елемента могли сте израчунати тако што ћете написати њихове конфигурације електрона, али то, на срећу, не морате. Хемичари су већ направили табелу парамагнетних елемената. Они су следећи:
Парамагнетна једињења
Када се атоми комбинују да формирају једињења, нека од тих једињења такође могу да показују парамагнетизам из истог разлога као што то чине елементи. Ако један или више парних електрона постоји у орбиталима једињења, једињење ће бити парамагнетско. Примери укључују молекуларни кисеоник (О)2), гвожђе-оксид (ФеО) и азотни оксид (НО). У случају кисеоника, овај парамагнетизам могуће је приказати употребом јаког електромагнета. Ако течни кисеоник сипате између полова таквог магнета, кисеоник ће се сакупљати око полова док испарава стварајући облак гаса кисеоника. Покушајте исти експеримент са течним азотом (Н2), што није парамагнетно и такав облак се неће формирати.
Ако желите да саставите листу парамагнетних једињења, морали бисте испитати електронске конфигурације. Због тога што би парни електрони у спољним валентним љуштурама који дају парамагнетне квалитете, једињења са таквим електронима могла би да се нађу на списку. То ипак није увек тачно. У случају молекула кисеоника, постоји паран број валентних електрона, али сваки од њих заузима ниже енергетско стање да би умањило целокупно енергетско стање молекула. Уместо пара пара електрона у вишој орбитали, у доњим орбиталама постоје два непарна електрона, што молекул чини парамагнетним.