Ikke alt jern er magnetisk (magnetiske elementer)

Her er et element factoid for dig: Ikke alle jern er magnetisk. Det -en allotrope er magnetisk, men når temperaturen stiger, så -en formændringer til b form forsvinder magnetismen, selvom gitteret ikke ændrer sig.

Nøglemateriale: Ikke alt jern er magnetisk

Ferromagnetisme er den mekanisme, hvormed materialer tiltrækkes af magneter og danner permanente magneter. Ordet betyder faktisk jernmagnetisme, fordi det er det mest kendte eksempel på fænomenet, og den, som forskerne først studerede. Ferromagnetisme er en kvantemekanisk egenskab ved et materiale. Det afhænger af dens mikrostruktur og krystallinske tilstand, som kan påvirkes af temperatur og sammensætning.

Den kvantemekaniske egenskab bestemmes af opførslen af elektroner. Specifikt har et stof brug for et magnetisk dipolmoment for at være en magnet, der kommer fra atomer med delvist fyldte elektronskaller. Atomer vil fyldte elektronskaller ikke er magnetiske, fordi de har et netto dipolmoment på nul. Jern og andre overgangsmetaller har delvist fyldte elektronskaller, så nogle af disse elementer og deres forbindelser er magnetiske. I atomer af magnetiske elementer ligger næsten alle dipoler på linje under en speciel temperatur kaldet Curie-punktet. For jern forekommer Curie-punktet ved 770 ° C. Under denne temperatur er jern ferromagnetisk (stærkt tiltrukket af en magnet), men over det ændrer jernet sin krystallinske struktur og bliver paramagnetiske (kun svagt ataktiveret til en magnet).

Jern er ikke det eneste element, der vises magnetisme. Nikkel, kobolt, gadolinium, terbium og dysprosium er også ferromagnetisk. Som med jern, afhænger de magnetiske egenskaber af disse elementer af deres krystalstruktur, og om metallet er under dets Curie-punkt. a-jern, cobalt og nikkel er ferromagnetisk, mens y-jern, mangan og krom er antiferromagnetisk. Lithiumgas er magnetisk, når den afkøles under 1 kelvin. Under visse betingelser manganactiniderne (f.eks. plutonium og neptunium) og ruthenium er ferromagnetiske.

Mens magnetisme oftest forekommer i metaller, forekommer det også sjældent i ikke-metaller. Flydende ilt, for eksempel, kan fanges mellem en magnets poler! Oxygen har uparrede elektroner, så det kan reagere på en magnet. Bor er en anden ikke-metal, der vises paramagnetiske tiltrækning større end dens diamagnetiske frastødelse.

Stål er en jernbaseret legering. De fleste former for stål, inklusive rustfrit stål, er magnetiske. Der er to brede typer rustfrit stål, der viser forskellige krystalgitterstrukturer fra hinanden. Ferritiske rustfrie stål er jern-chromlegeringer, der er ferromagnetiske ved stuetemperatur. Selvom det normalt ikke er magnetiseret, magnetiseres ferritisk stål i nærvær af et magnetfelt og forbliver magnetiseret i nogen tid efter at magneten er fjernet. Metalatomerne i ferritisk rustfrit stål er arrangeret i et kropscentreret (bcc) gitter. Austenitisk rustfrit stål har en tendens til at være ikke-magnetisk. Disse stål indeholder atomer arrangeret i et ansigt-centreret kubisk (fcc) gitter.

Den mest populære type rustfrit stål, Type 304, indeholder jern, krom og nikkel (hver magnet alene). Alligevel har atomer i denne legering normalt fcc-gitterstrukturen, hvilket resulterer i en ikke-magnetisk legering. Type 304 bliver delvis ferromagnetisk, hvis stålet bøjes ved stuetemperatur.

Mens nogle metaller er magnetiske, er de fleste ikke. Nøgleeksempler inkluderer kobber, guld, sølv, bly, aluminium, tin, titanium, zink og vismut. Disse elementer og deres legeringer er diamagnetiske. Ikke-magnetiske legeringer inkluderer messing og bronze. Disse metaller afviser svagt magneter, men normalt ikke nok til at effekten er mærkbar.

Carbon er en stærkt diamagnetisk ikke-metal. Faktisk frastøder nogle typer grafit magneter stærkt nok til at aflevere en stærk magnet.

• Devine, Thomas. "Hvorfor fungerer magneter ikke på nogle rustfrie stål?" Videnskabelig amerikansk.