Not All Iron Is Magnetic (magnetische elementen)

Hier is een element factoid voor u: niet alle ijzer is magnetisch. De een allotrope is magnetisch, maar wanneer de temperatuur stijgt zodat de een formulierwijzigingen in de b vorm, verdwijnt het magnetisme ook al verandert het rooster niet.

Belangrijkste afhaalrestaurants: niet alle ijzer is magnetisch

• De meeste mensen beschouwen ijzer als een magnetisch materiaal. IJzer is ferromagnetisch (aangetrokken door magneten), maar alleen binnen een bepaald temperatuurbereik en andere specifieke omstandigheden.
• IJzer is magnetisch in zijn α-vorm. De α-vorm treedt op onder een speciale temperatuur die het Curie-punt wordt genoemd, namelijk 770 ° C. IJzer is paramagnetisch boven deze temperatuur en wordt slechts zwak aangetrokken door een magnetisch veld.
• Magnetische materialen bestaan ​​uit atomen met gedeeltelijk gevulde elektronenschillen. De meeste magnetische materialen zijn dus metalen. Andere magnetische elementen omvatten nikkel en kobalt.
• Niet-magnetische (diamagnetische) metalen omvatten koper, goud en zilver.

Waarom ijzer magnetisch is (soms)

Ferromagnetisme is het mechanisme waardoor materialen worden aangetrokken tot magneten en permanente magneten vormen. Het woord betekent eigenlijk ijzermagnetisme omdat dat het meest bekende voorbeeld is van het fenomeen en datgene dat wetenschappers het eerst hebben bestudeerd. Ferromagnetisme is een kwantummechanische eigenschap van een materiaal. Het hangt af van zijn microstructuur en kristallijne toestand, die kan worden beïnvloed door temperatuur en samenstelling.

De kwantummechanische eigenschap wordt bepaald door het gedrag van elektronen. In het bijzonder heeft een stof een magnetisch dipoolmoment nodig om een ​​magneet te zijn, die afkomstig is van atomen met gedeeltelijk gevulde elektronenschillen. Atomen zullen gevulde elektronenschillen niet magnetisch zijn omdat ze een netto dipoolmoment van nul hebben. IJzer en andere overgangsmetalen hebben gedeeltelijk gevulde elektronenmantels, dus sommige van deze elementen en hun verbindingen zijn magnetisch. In atomen van magnetische elementen liggen bijna alle dipolen onder een speciale temperatuur die het Curie-punt wordt genoemd. Voor ijzer treedt het Curie-punt op bij 770 ° C. Onder deze temperatuur is ijzer ferromagnetisch (sterk aangetrokken tot een magneet), maar daarboven verandert het ijzer zijn kristallijne structuur en wordt het paramagnetisch (alleen zwak aangetrokken tot een magneet).

Andere magnetische elementen

IJzer is niet het enige element dat magnetisme vertoont. Nikkel, kobalt, gadolinium, terbium en dysprosium zijn ook ferromagnetisch. Net als bij ijzer hangen de magnetische eigenschappen van deze elementen af ​​van hun kristalstructuur en of het metaal zich onder het Curie-punt bevindt. α-ijzer, kobalt en nikkel zijn ferromagnetisch, terwijl γ-ijzer, mangaan en chroom antiferromagnetisch zijn. Lithiumgas is magnetisch bij koeling tot minder dan 1 Kelvin. Onder bepaalde omstandigheden zijn mangaan, de actiniden (bijv. Plutonium en neptunium) en ruthenium ferromagnetisch.

Hoewel magnetisme meestal voorkomt in metalen, komt het ook zelden voor in niet-metalen. Vloeibare zuurstof kan bijvoorbeeld gevangen zitten tussen de polen van een magneet! Zuurstof heeft ongepaarde elektronen, waardoor het op een magneet kan reageren. Boor is een ander niet-metaal dat paramagnetische aantrekkingskracht vertoont groter dan zijn diamagnetische afstoting.

Magnetisch en niet-magnetisch staal

Staal is een legering op ijzerbasis. De meeste vormen van staal, inclusief roestvrij staal, zijn magnetisch. Er zijn twee brede soorten roestvrij staal die verschillende kristalroosterstructuren van elkaar vertonen. Ferritisch roestvrij staal zijn ijzer-chroomlegeringen die bij kamertemperatuur ferromagnetisch zijn. Hoewel normaal niet gemagnetiseerd, wordt ferritisch staal gemagnetiseerd in aanwezigheid van een magnetisch veld en blijft het enige tijd gemagnetiseerd nadat de magneet is verwijderd. De metaalatomen in ferritisch roestvrij staal zijn gerangschikt in een lichaamsgecentreerd (bcc) rooster. Austenitisch roestvrij staal is meestal niet-magnetisch. Deze staalsoorten bevatten atomen gerangschikt in een vlakgecentreerd kubisch (fcc) rooster.

Het meest populaire type roestvrij staal, type 304, bevat ijzer, chroom en nikkel (elk magnetisch op zichzelf). Toch hebben atomen in deze legering meestal de FCC-roosterstructuur, wat resulteert in een niet-magnetische legering. Type 304 wordt gedeeltelijk ferromagnetisch als het staal bij kamertemperatuur wordt gebogen.

Metalen die niet magnetisch zijn

Hoewel sommige metalen magnetisch zijn, zijn de meeste dat niet. Belangrijke voorbeelden zijn koper, goud, zilver, lood, aluminium, tin, titanium, zink en bismut. Deze elementen en hun legeringen zijn diamagnetisch. Niet-magnetische legeringen omvatten messing en brons. Deze metalen stoten magneten zwak af, maar meestal niet voldoende om het effect merkbaar te maken.

Koolstof is een sterk diamagnetisch niet-metaal. Sommige soorten grafiet stoten magneten zelfs sterk genoeg af om een ​​sterke magneet te laten zweven.

Bron

• Devine, Thomas. "Waarom werken magneten niet op sommige roestvrij staal?" Wetenschappelijke Amerikaan.