Luettelo paramagneettisista atomeista

Sisältö

• Paramagneettiset vs. diamagneettiset elementit
• Lasketaan onko elementti paramagneettinen vai diamagneettinen
• Luettelo paramagneettisista atomeista
• Paramagneettiset yhdisteet

Kaikki atomit reagoivat jollakin tavalla magneettikenttiin, mutta ne reagoivat eri tavalla riippuen ydintä ympäröivien atomien kokoonpanosta. Tästä kokoonpanosta riippuen elementti voi olla diamagneettinen, paramagneettinen tai ferromagneettinen. Diamagneettiset elementit - jotka tosiasiassa ovat niitä kaikkia - hylkivät heikosti magneettikentän, kun taas paramagneettiset elementit vetävät heikosti ja ne voivat tulla magnetoituneita. Ferromagneettisilla materiaaleilla on myös kyky tulla magnetoituneiksi, mutta toisin kuin paramagneettiset elementit, magnetoituminen on pysyvää. Sekä paramagnetismi että ferromagnetiikka ovat vahvempia kuin diamagnetismi, joten elementit, joilla on joko paramagnetismia tai ferromagnetiikkaa, eivät ole enää diamagneettisia.

Vain muutamat elementit ovat ferromagneettisia huoneenlämpötilassa. Niitä ovat rauta (Fe), nikkeli (Ni), koboltti (Co), gadolinium (Gd) ja - kuten tutkijat äskettäin havaitsivat - rutenium (Ru). Voit tehdä kestomagneetin millä tahansa näistä metalleista altistamalla se magneettikentälle. Paramagneettisten atomien luettelo on paljon pidempi. Paramagneettinen elementti muuttuu magneettiseksi magneettikentän ollessa läsnä, mutta se menettää magneettiset ominaisuutensa heti, kun poistat kentän. Syynä tähän käyttäytymiseen on yhden tai useamman parittoman elektronin läsnäolo radan ulkokehässä.

Paramagneettiset vs. diamagneettiset elementit

Yksi tärkeimmistä tieteen löytöistä viimeisen 200 vuoden aikana on sähkön ja magneettisuuden kytkentä. Koska jokaisessa atomissa on negatiivisesti varautuneiden elektronien pilvi, sillä on potentiaalia magneettisiin ominaisuuksiin, mutta riippuu siitä, osoittaako se ferromagnetiikkaa, paramagnetismia tai diamagnetismia, niiden konfiguraatiosta. Tämän arvostamiseksi on välttämätöntä ymmärtää kuinka elektronit päättävät mitkä kiertoradat miehittävät ytimen ympärillä.

Elektroneilla on laatu, jota kutsutaan spiniksi, jonka voit visualisoida pyörimissuuntana, vaikkakin se on monimutkaisempi. Elektroneilla voi olla "spin-up" (jonka voit visualisoida myötäpäivään tapahtuvaksi kiertymiseksi) tai "spin-down" (vastapäivään). Ne järjestäytyvät kasvavilla, tiukasti määritellyillä etäisyyksillä ytimestä, jota kutsutaan kuoriksi, ja kussakin kuoressa ovat alakennat, joissa on diskreetti lukumäärä kiertoratoja, jotka voivat olla korkeintaan kahden elektronin kanssa, jokaisella on vastakkaiset spinnit. Kahden kiertoradan miehittävän elektronin sanotaan olevan parillisia. Niiden pyöritykset peruutetaan eivätkä ne luo mitään magneettista verkkomomenttia. Yksi orbitaalia käyttävä elektroni sen sijaan on parittumaton, ja siitä seuraa nettomagneettinen momentti.

Diamagneettiset elementit ovat niitä, joissa ei ole parittomia elektroneja. Nämä elementit vastustavat heikosti magneettikenttää, jonka tutkijat usein osoittavat levittoimalla diamagneettista materiaalia, kuten pyrolitistä grafiittia tai sammakkoa (kyllä, sammakko!) Voimakkaan sähkömagneetin yli. Paramagneettiset elementit ovat niitä, joissa on parittomat elektronit. Ne antavat atomille netto magneettisen dipolimomentin, ja kun kenttä asetetaan, atomit kohdistuvat kentän kanssa ja elementti muuttuu magneettiseksi. Kun poistat kentän, lämpöenergia puuttuu satunnaistamaan kohdistus ja magneettisuus häviää.

Lasketaan onko elementti paramagneettinen vai diamagneettinen

Elektronit täyttävät kuoret ytimen ympärillä tavalla, joka minimoi nettoenergian. Tutkijat ovat löytäneet kolme sääntöä, joita he noudattavat tekeessään tätä, joka tunnetaan nimellä Aufbrau-periaate, Hunds-sääntö ja Paulin poissulkemisperiaate. Näitä sääntöjä soveltaen kemikot voivat määrittää kuinka monta elektronia miehittää jokaisen ydintä ympäröivän alakennon.

Jotta voidaan määrittää, onko elementti diamagneettinen vai paramagneettinen, on välttämätöntä tarkastella vain valenssielektroneja, jotka sijaitsevat uloimmassa alakuoressa. Jos uloimmassa alakennossa on orbitaalit, joissa ei ole pariliitosta elektronia, elementti on paramagneettinen. Muuten sen diamagneettinen. Tutkijat tunnistavat alaketjut s, p, d ja f. Kun kirjoitetaan elektronimäärityksiä, yleisenä tavoitteena on edetä valenssielektroneja jalokaasulla, joka edeltää kyseistä elementtiä jaksollisessa taulukossa. Jalokaasut ovat täysin täyttäneet elektronien kiertoradat, minkä vuoksi ne ovat inerttejä.

Esimerkiksi magnesiumin (Mg) elektronikonfiguraatio on 3s². Äärimmäisessä alakuoressa on kaksi elektronia, mutta ne ovat parittomia, joten magnesium on paramagneettinen. Toisaalta sinkin (Zn) elektronikonfiguraatio on 4s²3d¹⁰. Sen ulkokuoressa ei ole parittomia elektroneja, joten sinkki on diamagneettinen.

Luettelo paramagneettisista atomeista

Voit laskea kunkin elementin magneettiset ominaisuudet kirjoittamalla niiden elektronikokoonpanot, mutta onneksi sinun ei tarvitse. Kemistit ovat jo luoneet taulukon paramagneettisista elementeistä. Ne ovat seuraavat:

Paramagneettiset yhdisteet

Kun atomit yhdistyvät muodostaen yhdisteitä, joillakin näistä yhdisteistä voi myös olla paramagnetismia samasta syystä kuin elementit. Jos yhdisteiden kiertorajoilla on yksi tai useampia parittomia elektroneja, yhdiste on paramagneettinen. Esimerkkejä ovat molekyylin happi (O₂), rautaoksidi (FeO) ja typpioksidi (NO). Hapen tapauksessa on mahdollista näyttää tämä paramagneettisuus voimakkaalla sähkömagneetilla. Jos kaatat nestemäistä happea tällaisen magneetin napojen väliin, happi kerää napojen ympärille, kun se höyrystyy muodostaen happikaasupilven. Kokeile samaa koetta nestemäisen typen kanssa (N₂), joka ei ole paramagneettinen, eikä sellaista pilviä muodostu.

Jos haluat koota paramagneettisten yhdisteiden luettelon, sinun on tutkittava elektronien kokoonpanot. Koska niiden parittomat elektronit ulommassa valenssikuoressa, jotka antavat paramagneettisia ominaisuuksia, tällaisten elektronien sisältävät yhdisteet voivat tehdä luettelon. Tämä ei kuitenkaan aina ole totta. Happimolekyylin tapauksessa valenssielektroneja on parillinen määrä, mutta ne molemmat vievät pienemmän energian tilan molekyylin kokonaisenergiatilan minimoimiseksi. Korkeammalla kiertoradalla olevan elektroniparin sijasta alemmissa orbitaaleissa on kaksi paritonta elektronia, mikä tekee molekyylin paramagneettisiksi.