Inte allt järn är magnetiskt (magnetiska element)

Här är en faktor factoid för dig: Inte allt järn är magnetiskt. De en allotropen är magnetisk, men när temperaturen ökar så att en formändringar till b formen försvinner magnetismen trots att gitteret inte ändras.

Key Takeaways: Not All Iron Is Magnetic

• De flesta människor tänker på järn som magnetiskt material. Järn är ferromagnetiskt (lockat till magneter), men endast inom ett visst temperaturområde och andra specifika förhållanden.
• Järn är magnetiskt i sin α-form. Formen a förekommer under en speciell temperatur som kallas Curie-punkten, som är 770 ° C. Järn är paramagnetiskt över denna temperatur och lockas bara svagt till ett magnetfält.
• Magnetiska material består av atomer med delvis fyllda elektronskal. Så de flesta magnetiska material är metaller. Andra magnetiska element inkluderar nickel och kobolt.
• Icke-magnetiska (diamagnetiska) metaller inkluderar koppar, guld och silver.

Varför järn är magnetiskt (ibland)

Ferromagnetism är den mekanism genom vilken material lockas till magneter och bildar permanentmagneter. Ordet betyder faktiskt järnmagnetism eftersom det är det mest kända exemplet på fenomenet och den som forskarna först studerade. Ferromagnetism är en kvantmekanisk egenskap hos ett material. Det beror på dess mikrostruktur och kristallina tillstånd, som kan påverkas av temperatur och sammansättning.

Den kvantmekaniska egenskapen bestäms av beteendet hos elektroner. Specifikt behöver ett ämne ett magnetiskt dipolmoment för att vara en magnet, som kommer från atomer med delvis fyllda elektronskal. Atomer kommer att fylla elektronskal inte är magnetiska eftersom de har ett netto-dipolmoment på noll. Järn och andra övergångsmetaller har delvis fyllda elektronskal, så några av dessa element och deras föreningar är magnetiska. I atomer av magnetiska element ligger nästan alla dipoler i linje under en speciell temperatur som kallas Curie-punkten. För järn inträffar Curie-punkten vid 770 ° C. Under denna temperatur är järn ferromagnetiskt (starkt attraherat av en magnet), men ovanför ändrar järnet sin kristallina struktur och blir paramagnetisk (endast svagt tillagd till en magnet).

Andra magnetiska element

Järn är inte det enda elementet som visar magnetism. Nickel, kobolt, gadolinium, terbium och dysprosium är också ferromagnetiska. Liksom med järn beror de magnetiska egenskaperna hos dessa element på deras kristallstruktur och om metallen är under dess Curie-punkt. a-järn, kobolt och nickel är ferromagnetiska, medan y-järn, mangan och krom är antiferromagnetiska. Litiumgas är magnetisk när den kyls under 1 kelvin. Under vissa förhållanden är mangan, aktiniderna (t.ex. plutonium och neptunium) och rutenium ferromagnetiska.

Medan magnetism oftast förekommer i metaller, förekommer det också sällan i icke-metaller. Flytande syre, till exempel, kan fångas mellan en magnets poler! Syre har oparade elektroner, vilket gör att den kan reagera på en magnet. Bor är en annan icke-metall som visar paramagnetisk attraktion större än dess diamagnetiska avstötning.

Magnetiskt och icke-magnetiskt stål

Stål är en järnbaserad legering. De flesta former av stål, inklusive rostfritt stål, är magnetiska. Det finns två breda typer av rostfritt stål som visar olika kristallgitterstrukturer från varandra. Ferritiska rostfria stål är järn-kromlegeringar som är ferromagnetiska vid rumstemperatur. Även om det normalt inte är magnetiserat magnetiseras ferritiskt stål i närvaro av ett magnetfält och förblir magnetiserat under en tid efter att magneten har tagits bort. Metallatomerna i ferritiskt rostfritt stål är anordnade i en kroppscentrerad (bcc) gitter. Austenitiska rostfria stål tenderar att vara icke-magnetiska. Dessa stål innehåller atomer arrangerade i ett ansiktscentrerat kubiskt (fcc) gitter.

Den mest populära typen av rostfritt stål, typ 304, innehåller järn, krom och nickel (var och en av sig själv magnetisk). Ändå har atomer i denna legering vanligtvis fcc-gitterstrukturen, vilket resulterar i en icke-magnetisk legering. Typ 304 blir delvis ferromagnetisk om stålet böjs vid rumstemperatur.

Metaller som inte är magnetiska

Medan vissa metaller är magnetiska, är de flesta inte. Viktiga exempel inkluderar koppar, guld, silver, bly, aluminium, tenn, titan, zink och vismut. Dessa element och deras legeringar är diamagnetiska. Icke-magnetiska legeringar inkluderar mässing och brons. Dessa metaller avvisar svagt magneter, men vanligtvis inte tillräckligt för att effekten märks.

Kol är ett starkt diamagnetiskt icke-metalliskt. I själva verket avvisar vissa typer av grafit magneter tillräckligt starkt för att levitera en stark magnet.

Källa

• Devine, Thomas. "Varför fungerar magneter inte på vissa rostfria stål?" Scientific American.