NộI Dung
- Các yếu tố tham số so với từ tính
- Tính toán xem một phần tử là tham số hay diamag từ
- Danh sách các nguyên tử từ tính
- Hợp chất tham số
Tất cả các nguyên tử phản ứng theo một cách nào đó với từ trường, nhưng chúng phản ứng khác nhau tùy thuộc vào cấu hình của các nguyên tử xung quanh hạt nhân. Tùy thuộc vào cấu hình này, một phần tử có thể là từ tính, thuận từ hoặc sắt từ. Các yếu tố diamag từ - mà thực sự là tất cả chúng, ở một mức độ - bị đẩy lùi yếu bởi từ trường, trong khi các yếu tố thuận từ bị thu hút yếu và có thể bị nhiễm từ. Vật liệu sắt từ cũng có khả năng trở thành từ hóa, nhưng không giống như các yếu tố thuận từ, từ hóa là vĩnh viễn. Cả thuyết paramagnetism và ferromagnetism đều mạnh hơn diamagnetism, vì vậy các yếu tố thể hiện chủ nghĩa paramagnetism hoặc ferromagnetism không còn diamag từ.
Chỉ có một vài yếu tố là sắt từ ở nhiệt độ phòng. Chúng bao gồm sắt (Fe), niken (Ni), coban (Co), gadolinium (Gd) và - như các nhà khoa học phát hiện gần đây - ruthenium (Ru). Bạn có thể tạo ra một nam châm vĩnh cửu với bất kỳ kim loại nào trong số này bằng cách cho nó tiếp xúc với từ trường. Danh sách các nguyên tử thuận từ dài hơn nhiều. Một phần tử thuận từ trở thành từ tính khi có từ trường, nhưng nó mất tính chất từ tính ngay khi bạn loại bỏ từ trường. Lý do cho hành vi này là sự hiện diện của một hoặc nhiều electron chưa ghép cặp ở vỏ quỹ đạo bên ngoài.
Các yếu tố tham số so với từ tính
Một trong những khám phá quan trọng nhất trong khoa học trong suốt 200 năm qua là sự kết nối giữa điện và từ. Bởi vì mọi nguyên tử đều có một đám mây electron tích điện âm, nó có tiềm năng cho các tính chất từ tính, nhưng liệu nó có hiển thị ferromagnetism, paramagnetism hay diamagnetism hay không phụ thuộc vào cấu hình của chúng. Để đánh giá cao điều này, cần phải hiểu làm thế nào các electron quyết định quỹ đạo nào chiếm giữ xung quanh hạt nhân.
Các electron có chất lượng gọi là spin, mà bạn có thể hình dung là hướng quay, mặc dù nó phức tạp hơn thế. Các điện tử có thể có "spin-up" (mà bạn có thể hình dung như xoay theo chiều kim đồng hồ) hoặc "spin-down" (ngược chiều kim đồng hồ). Chúng tự sắp xếp theo khoảng cách tăng dần, được xác định nghiêm ngặt từ hạt nhân gọi là vỏ và trong mỗi vỏ là các lớp con có số lượng quỹ đạo riêng biệt có thể chiếm tối đa hai electron, mỗi electron có spin ngược nhau. Hai electron chiếm một quỹ đạo được cho là được ghép đôi. Các spin của chúng bị hủy và chúng không tạo ra mô men từ. Mặt khác, một electron chiếm một quỹ đạo, không ghép đôi, và nó dẫn đến một khoảnh khắc từ tính ròng.
Các nguyên tố từ tính là những nguyên tố không có electron chưa ghép cặp. Những nguyên tố này phản đối yếu một từ trường, mà các nhà khoa học thường chứng minh bằng cách phóng một vật liệu từ tính, chẳng hạn như than chì pyrolitic hoặc một con ếch (vâng, một con ếch!) Trên một nam châm điện mạnh. Các phần tử tham số là những phần tử có các electron chưa ghép cặp. Chúng tạo cho nguyên tử một mômen lưỡng cực từ và khi một trường được áp dụng, các nguyên tử thẳng hàng với trường đó và nguyên tố đó trở thành từ tính. Khi bạn loại bỏ trường, năng lượng nhiệt can thiệp để ngẫu nhiên căn chỉnh và từ tính bị mất.
Tính toán xem một phần tử là tham số hay diamag từ
Các electron lấp đầy vỏ xung quanh hạt nhân theo cách giảm thiểu năng lượng ròng. Các nhà khoa học đã phát hiện ra ba quy tắc mà họ tuân theo khi thực hiện điều này, được gọi là Nguyên tắc Aufbrau, Quy tắc Hunds và Nguyên tắc Loại trừ Pauli. Áp dụng các quy tắc này, các nhà hóa học có thể xác định có bao nhiêu electron chiếm giữ mỗi lớp con bao quanh một hạt nhân.
Để xác định xem một nguyên tố là từ tính hay thuận từ, chỉ cần nhìn vào các electron hóa trị, đó là những nguyên tố chiếm phần dưới cùng. Nếu lớp vỏ ngoài cùng có chứa các quỹ đạo với các electron chưa ghép cặp, thì phần tử này là từ trường. Mặt khác, từ tính của nó. Các nhà khoa học xác định các subshells là s, p, d và f. Khi viết cấu hình electron, quy ước là đi trước các electron hóa trị bởi khí hiếm có trước nguyên tố được đề cập trong bảng tuần hoàn. Khí cao quý có quỹ đạo electron hoàn toàn, đó là lý do tại sao chúng trơ.
Ví dụ, cấu hình electron cho magiê (Mg) là 3 giây2. Lớp vỏ ngoài cùng chứa hai electron, nhưng chúng không ghép cặp, vì vậy magiê có tính thuận từ. Mặt khác, cấu hình electron của kẽm (Zn) là 4s23d10. Nó không có các electron chưa ghép cặp ở lớp vỏ ngoài của nó, vì vậy kẽm là từ tính.
Danh sách các nguyên tử từ tính
Bạn có thể tính toán các tính chất từ của từng nguyên tố bằng cách viết ra cấu hình electron của chúng, nhưng may mắn thay, bạn không phải làm vậy. Các nhà hóa học đã tạo ra một bảng các yếu tố thuận từ. Chúng là như sau:
Hợp chất tham số
Khi các nguyên tử kết hợp để tạo thành các hợp chất, một số hợp chất đó cũng có thể biểu hiện chủ nghĩa paramagnetism với cùng lý do mà các nguyên tố làm. Nếu một hoặc nhiều electron chưa ghép cặp tồn tại trong các quỹ đạo của hợp chất, hợp chất sẽ có tính thuận từ. Ví dụ bao gồm oxy phân tử (O2), oxit sắt (FeO) và oxit nitric (NO). Trong trường hợp oxy, có thể hiển thị thông số này bằng cách sử dụng một nam châm điện mạnh. Nếu bạn đổ oxy lỏng vào giữa các cực của nam châm như vậy, oxy sẽ thu thập xung quanh các cực khi nó bốc hơi để tạo ra một đám mây khí oxy. Thử cùng thí nghiệm với nitơ lỏng (N2), không phải là từ trường và không có đám mây nào như vậy sẽ hình thành.
Nếu bạn muốn biên dịch một danh sách các hợp chất thuận từ, bạn sẽ phải kiểm tra cấu hình electron. Bởi vì các electron chưa ghép cặp của nó trong lớp vỏ hóa trị bên ngoài tạo ra các phẩm chất thuận từ, các hợp chất với các electron như vậy sẽ tạo ra danh sách. Điều này không phải luôn luôn đúng, mặc dù. Trong trường hợp phân tử oxy, có một số lượng điện tử hóa trị chẵn, nhưng chúng đều chiếm trạng thái năng lượng thấp hơn để giảm thiểu trạng thái năng lượng chung của phân tử. Thay vì một cặp electron ở quỹ đạo cao hơn, có hai electron chưa ghép cặp ở quỹ đạo thấp hơn, điều này làm cho phân tử thuận từ.