Список парамагнітних атомів

Зміст

• Парамагнітні та діамагнітні елементи
• Обчислення того, чи є елемент парамагнітним чи діамагнітним
• Список парамагнітних атомів
• Парамагнітні сполуки

Усі атоми якимось чином реагують на магнітні поля, але вони по-різному реагують залежно від конфігурації атомів, що оточують ядро. Залежно від цієї конфігурації, елемент може бути діамагнітним, парамагнітним або феромагнітним. Елементи діамагнітні - що насправді всі вони певною мірою - слабко відштовхуються магнітним полем, тоді як парамагнітні елементи слабо притягуються і можуть намагнічуватися. Феромагнітні матеріали також мають властивість намагнічуватися, але на відміну від парамагнітних елементів намагніченість є постійною. І парамагнетизм, і феромагнетизм сильніші за діамагнетизм, тому елементи, що виявляють або парамагнетизм, або феромагнетизм, вже не діамагнітні.

Лише кілька елементів феромагнітні при кімнатній температурі. Вони включають залізо (Fe), нікель (Ni), кобальт (Co), гадоліній (Gd) і - як нещодавно виявили вчені - рутеній (Ru). Ви можете зробити постійний магніт з будь-якого з цих металів, виставивши його на магнітне поле. Список парамагнітних атомів значно довший. Парамагнітний елемент стає магнітним за наявності магнітного поля, але він втрачає свої магнітні властивості, як тільки ви видаляєте поле. Причиною такої поведінки є наявність одного або декількох непарних електронів у зовнішній орбітальній оболонці.

Парамагнітні та діамагнітні елементи

Одне з найважливіших відкриттів науки протягом останніх 200 років - взаємозв’язок електрики та магнетизму. Оскільки кожен атом має хмару негативно заряджених електронів, він має потенціал для магнітних властивостей, але чи проявляє він феромагнетизм, парамагнетизм чи діамагнетизм, залежить від їх конфігурації. Щоб оцінити це, необхідно зрозуміти, як електрони вирішують, які орбіти займати навколо ядра.

Електрони мають якість, що називається спіном, який можна візуалізувати як напрямок обертання, хоча його складніше, ніж це. Електрони можуть мати "віджимання" (яке можна візуалізувати як обертання за годинниковою стрілкою) або "віджимання" (проти годинникової стрілки). Вони розташовуються на збільшенні суворо визначених відстаней від ядра, званого оболонками, а всередині кожної оболонки розташовані підклітини, які мають дискретне число орбіталей, які можуть бути зайняті максимум двома електронами, кожен з яких має протилежний спін. Кажуть, що два електрони, що займають орбіталь, є парними. Їх спини скасовуються, і вони не створюють чистого магнітного моменту. Один електрон, що займає орбіталь, з іншого боку, є непарним, і це призводить до чистого магнітного моменту.

Діамагнітні елементи - це ті, що не мають парних електронів. Ці елементи слабко протидіють магнітному полю, що вчені часто демонструють, левітуючи діамагнітний матеріал, такий як піролітичний графіт або жаба (так, жаба!) Над сильним електромагнітом. Парамагнітні елементи - це ті, у яких є непарні електрони. Вони дають атому чистий магнітний дипольний момент, і коли застосовується поле, атоми вирівнюються з полем, і елемент стає магнітним. Коли ви виймаєте поле, теплова енергія втручається, щоб рандомізувати вирівнювання, і магнетизм втрачається.

Обчислення того, чи є елемент парамагнітним чи діамагнітним

Електрони заповнюють оболонки навколо ядра таким чином, щоб мінімізувати чисту енергію. Вчені виявили три правила, яких вони дотримуються, виконуючи це, відомі як Принцип Ауфбрау, Правило Руки та Принцип виключення Паулі. Застосовуючи ці правила, хіміки можуть визначити, скільки електронів займає кожна з підклітин, що оточують ядро.

Для визначення того, чи є елемент діамагнітним чи парамагнітним, необхідно лише подивитися на валентні електрони, які є тими, що займають найвіддаленішу підшлубку. Якщо у самій зовнішній підошві є орбіталі з непарними електронами, то елемент парамагнітний. Інакше його діамагнітне. Вчені ідентифікують підгрубки як s, p, d та f. Під час написання електронної конфігурації умовою є передувати валентним електронам благородний газ, який передує розглянутим елементу в періодичній таблиці. Шляхетні гази повністю заповнили електронні орбіталі, саме тому вони інертні.

Наприклад, конфігурація електронів для магнію (Mg) становить 3s². Зовнішня підшлустка містить два електрони, але вони неспарені, тому магній є парамагнітним. З іншого боку, електронна конфігурація цинку (Zn) становить 4s²3d¹⁰. У його зовнішній оболонці немає парних електронів, тому цинк є діамагнітним.

Список парамагнітних атомів

Ви можете обчислити магнітні властивості кожного елемента, виписавши їх електронні конфігурації, але, на щастя, цього не потрібно. Хіміки вже створили таблицю парамагнітних елементів. Вони такі:

Парамагнітні сполуки

Коли атоми поєднуються, утворюючи сполуки, деякі з цих сполук також можуть виявляти парамагнетизм з тієї ж причини, що і елементи. Якщо на орбіталях сполук існує один або більше парних електронів, то з'єднання буде парамагнітним. Приклади включають молекулярний кисень (O₂), оксид заліза (FeO) та оксид азоту (NO). Що стосується кисню, то можна проявити цей парамагнетизм за допомогою сильного електромагніту. Якщо налити рідкий кисень між полюсами такого магніту, кисень збиратиметься навколо полюсів, оскільки він випаровується, створюючи хмару кисневого газу. Спробуйте той же експеримент з рідким азотом (N₂), що не є парамагнітним, і така хмара не утворюється.

Якщо ви хочете скласти список парамагнітних сполук, вам доведеться вивчити конфігурації електронів. Оскільки його парні електрони у зовнішніх валентних оболонках, які надають парамагнітні якості, сполуки з такими електронами можуть скласти список. Це не завжди правда, хоча. У випадку молекули кисню є парне число валентних електронів, але кожен з них займає нижчий енергетичний стан, щоб мінімізувати загальний енергетичний стан молекули. Замість пари електронів у вищій орбіталі є два непарних електрона на нижчих орбіталях, що робить молекулу парамагнітною.