Ikke alt jern er magnetisk (magnetiske elementer)

Metaller og magnetisme

Jern er ikke alltid magnetisk. Det er også noen andre metaller i tillegg til jern som viser magnetisme. Mitsuru Sakurai / Getty Images

Her er et element factoid for deg: Ikke alle jern er magnetisk . De en allotrope er magnetisk, men når temperaturen øker slik at en skjemaendringer i b form, forsvinner magnetismen selv om gitteret ikke endres.

Viktige ting: Ikke alt jern er magnetisk

• De fleste tenker på jern som et magnetisk materiale. Jern er ferromagnetisk (tiltrukket av magneter), men bare innenfor et visst temperaturområde og andre spesifikke forhold.
• Jern er magnetisk i sin α-form. α-formen forekommer under en spesiell temperatur kalt Curie-punktet, som er 770 °C. Jern er paramagnetisk over denne temperaturen og bare svakt tiltrukket av et magnetfelt.
• Magnetiske materialer består av atomer med delvis fylte elektronskall. Så de fleste magnetiske materialer er metaller. Andre magnetiske elementer inkluderer nikkel og kobolt.
• Ikke-magnetiske (diamagnetiske) metaller inkluderer kobber, gull og sølv.

Hvorfor jern er magnetisk (noen ganger)

Ferromagnetisme er mekanismen som gjør at materialer tiltrekkes av magneter og danner permanente magneter. Ordet betyr faktisk jernmagnetisme fordi det er det mest kjente eksemplet på fenomenet og det forskerne først studerte. Ferromagnetisme er en kvantemekanisk egenskap til et materiale. Det avhenger av dens mikrostruktur og krystallinske tilstand, som kan påvirkes av temperatur og sammensetning.

Den kvantemekaniske egenskapen bestemmes av oppførselen til elektroner . Nærmere bestemt trenger et stoff et magnetisk dipolmoment for å være en magnet, som kommer fra atomer med delvis fylte elektronskall. Atomer vil fylle elektronskall er ikke magnetiske fordi de har et netto dipolmoment på null. Jern og andre overgangsmetaller har delvis fylte elektronskall, så noen av disse elementene og deres forbindelser er magnetiske. I atomer av magnetiske elementer er nesten alle dipolene på linje under en spesiell temperatur kalt Curie-punktet. For jern oppstår Curie-punktet ved 770 °C. Under denne temperaturen er jern ferromagnetisk (sterkt tiltrukket av en magnet), men over det endrer jernet sin krystallinske struktur og blir paramagnetisk (bare svakt tilkoblet en magnet).

Andre magnetiske elementer

Jern er ikke det eneste elementet som vises magnetisme . Nikkel, kobolt, gadolinium, terbium og dysprosium er også ferromagnetiske. Som med jern, avhenger de magnetiske egenskapene til disse elementene av deres krystallstruktur og om metallet er under Curie-punktet. α-jern, kobolt og nikkel er ferromagnetiske, mens γ-jern, mangan og krom er antiferromagnetiske. Litiumgass er magnetisk når den avkjøles under 1 kelvin. Under visse betingelser, mangan , aktinidene (f.eks. plutonium og neptunium) og rutenium er ferromagnetiske.

Mens magnetisme oftest forekommer i metaller, forekommer det også sjelden i ikke-metaller. Flytende oksygen, for eksempel, kan være fanget mellom polene til en magnet! Oksygen har uparrede elektroner, slik at det kan reagere på en magnet. Bor er et annet ikke-metall som vises paramagnetisk tiltrekning større enn dens diamagnetiske frastøting.

Magnetisk og ikke-magnetisk stål

Stål er en jernbasert legering. De fleste former for stål, inkludert rustfritt stål, er magnetiske. Det er to brede typer rustfritt stål som viser forskjellige krystallgitterstrukturer fra hverandre. Ferritisk rustfritt stål er jern-kromlegeringer som er ferromagnetiske ved romtemperatur. Mens det normalt er umagnetisert, blir ferritisk stål magnetisert i nærvær av et magnetfelt og forblir magnetisert i noen tid etter at magneten er fjernet. Metallatomene i ferritisk rustfritt stål er ordnet i et kroppssentrert (bcc) gitter. Austenittisk rustfritt stål har en tendens til å være ikke-magnetisk. Disse stålene inneholder atomer arrangert i et flatesentrert kubisk (fcc) gitter.

Den mest populære typen rustfritt stål, Type 304, inneholder jern, krom og nikkel (hver magnetisk for seg). Likevel har atomer i denne legeringen vanligvis fcc-gitterstrukturen, noe som resulterer i en ikke-magnetisk legering. Type 304 blir delvis ferromagnetisk hvis stålet bøyes ved romtemperatur.

Metaller som ikke er magnetiske

Mens noen metaller er magnetiske, er de fleste ikke det. Viktige eksempler inkluderer kobber, gull, sølv, bly, aluminium, tinn, titan, sink og vismut. Disse elementene og deres legeringer er diamagnetiske. Ikke-magnetiske legeringer inkluderer messing og bronse . Disse metallene frastøter magneter svakt, men vanligvis ikke nok til at effekten er merkbar.

Karbon er et sterkt diamagnetisk ikke-metall. Faktisk avviser noen typer grafitt magneter sterkt nok til å levitere en sterk magnet.

Kilde

• Devine, Thomas. ' Hvorfor fungerer ikke magneter på enkelte rustfrie stål ?' Vitenskapelig amerikansk .