לא כל הברזל מגנטי (אלמנטים מגנטיים)

הנה גורם פקטואיד עבורך: לא כולם ברזל הוא מגנטי. ה א האלוטרופ הוא מגנטי, אך כאשר הטמפרטורה עולה כך שה- א שינויים בטופס ב בצורה, המגנטיות נעלמת למרות שהסריג לא משתנה.

טעימות מפתח: לא כל הברזל מגנטי

פרומגנטיות היא המנגנון שבאמצעותו נמשכים חומרים למגנטים ויוצרים מגנטים קבועים. פירושה של המילה הוא למעשה מגנט-ברזל מכיוון שזו הדוגמה המוכרת ביותר לתופעה והמדענים אותם למדו לראשונה. פרומגנטיות היא תכונה מכנית קוונטית של חומר. זה תלוי במיקרו-מבנה ובמצב הגבישי שלו, שיכולים להיות מושפעים מהטמפרטורה וההרכב.

המאפיין המכני הקוונטי נקבע על ידי התנהגותו של אלקטרונים. באופן ספציפי, חומר זקוק לרגע דיפול מגנטי בכדי להיות מגנט, שמגיע מאטומים עם קונכיות אלקטרוניות מלאות חלקית. אטומים ימלאו מעטפת אלקטרונים אינם מגנטיים מכיוון שיש להם רגע דיפול נטו של אפס. לברזל ומתכות מעבר אחרות יש קונכיות אלקטרוניות מלאות חלקית, כך שחלק מהאלמנטים הללו והתרכובות שלהם מגנטיים. באטומים של יסודות מגנטיים כמעט כל הדיפולים מתיישרים מתחת לטמפרטורה מיוחדת הנקראת נקודת הקארי. לגבי ברזל, נקודת הקארי מתרחשת בטמפרטורה של 770 מעלות צלזיוס. מתחת לטמפרטורה זו הברזל הוא פרומגנטי (נמשך חזק למגנט), אך מעליו הברזל משנה את המבנה הגבישי שלו והופך להיות פרמגנטית (נשלף רק חלש למגנט).

ברזל אינו האלמנט היחיד שמוצג מגנטיות. ניקל, קובלט, גדוליניום, טרביום ודיפרוזריום הם גם פרומגנטיים. בדומה לברזל, התכונות המגנטיות של אלמנטים אלה תלויות במבנה הגביש שלהם והאם המתכת נמצאת מתחת לנקודת הקארי שלה. α-ברזל, קובלט וניקל הם פרומגנטיים ואילו γ-ברזל, מנגן וכרום הם אנטי-פרומגנטיים. גז ליתיום הוא מגנטי כאשר הוא מקורר מתחת לקלווין אחד. בתנאי מסוים, מנגן, האקטינידים (למשל פלוטוניום ונפטוניום), ורותניום הם פרומגנטיים.

בעוד שמגנטיות מתרחשת לרוב במתכות, היא מתרחשת לעיתים רחוקות גם בבלתי מתכות. למשל, חמצן נוזלי עלול להיות כלוא בין קטבי המגנט! לחמצן יש אלקטרונים לא מותאמים, מה שמאפשר לו להגיב למגנט. בורון הוא עוד לא מתכתי שמוצג פרמגנטית משיכה גדולה יותר מדחייתו הדיגמנטית.

פלדה היא סגסוגת על בסיס ברזל. רוב צורות הפלדה, כולל נירוסטה, הן מגנטיות. ישנם שני סוגים רחבים של פלדות אל חלד המציגות מבני סריג גבישיים שונים זה מזה. פלדות אל חלד Ferrit הן סגסוגות ברזל-כרום שהן פרומגנטיות בטמפרטורת החדר. אף על פי שאינה מגנטית בדרך כלל, פלדה Ferritic ממוגנטת בנוכחות שדה מגנטי ונשארת ממוגנטת זמן מה לאחר הסרת המגנט. אטומי המתכת בפלדה אל חלד ferritic מסודרים בלבן מרכזי (bcc). פלדות אל חלד אוסטניות נוטות להיות לא מגנטיות. פלדות אלה מכילות אטומים המסודרים בסריג מעוקב (fcc) במרכז הפנים.

הסוג הפופולרי ביותר של נירוסטה, סוג 304, מכיל ברזל, כרום וניקל (כל אחד מגנטי בפני עצמו). עם זאת, לאטומים בסגסוגת זו בדרך כלל מבנה הסריג fcc, והתוצאה היא סגסוגת לא-מגנטית. סוג 304 הופך להיות פרומגנטי בחלקו אם הפלדה כפופה בטמפרטורת החדר.

בעוד שחלק מהמתכות מגנטיות, רובן לא. דוגמאות מרכזיות כוללות נחושת, זהב, כסף, עופרת, אלומיניום, פח, טיטניום, אבץ וביסמוט. אלמנטים אלה וסגסוגותיהם יהלומים מגנטיים. סגסוגות לא מגנטיות כוללות פליז ו ברונזה. מתכות אלה דוחפות מגנטים בצורה חלשה, אך בדרך כלל אינן מספיקות לכך שההשפעה מורגשת.

הפחמן הוא לא מתכתי מאוד מגנטי. למעשה, סוגים מסוימים של גרפיט דוחים מגנטים מספיק חזק כדי לרחף מגנט חזק.

• דווין, תומאס. "מדוע מגנטים לא עובדים על פלדות אל חלד?" סיינטיפיק אמריקאי.