Seznam paramagnetnih atomov

Vsebina

• Paramagnetni v primerjavi z diamagnetnimi elementi
• Izračun, ali je element paramagnetni ali diamagnetni
• Seznam paramagnetnih atomov
• Paramagnetne spojine

Vsi atomi se na nek način odzovejo na magnetna polja, vendar se odzivajo različno, odvisno od konfiguracije atomov, ki obdajajo jedro. Glede na to konfiguracijo je element lahko diamagnetni, paramagnetni ali feromagnetni. Elementi, ki so diamagnetni - kar v resnici so vsi, do neke mere - šibko odbijajo magnetno polje, medtem ko paramagnetni elementi šibko privlačijo in se lahko magnetizirajo. Feromagnetni materiali imajo tudi možnost magnetiziranja, vendar je za razliko od paramagnetnih elementov magnetizacija trajna. Tako paramagnetizem kot feromagnetizem sta močnejša od diamagnetizma, zato elementi, ki kažejo bodisi paramagnetizem bodisi feromagnetizem, niso več diamagnetizem.

Le nekaj elementov je feromagnetnih pri sobni temperaturi. Vključujejo železo (Fe), nikelj (Ni), kobalt (Co), gadolinij (Gd) in - kot so znanstveniki nedavno odkrili - rutenij (Ru). S katero koli od teh kovin lahko naredite trajni magnet, tako da ga izpostavite magnetnemu polju. Seznam paramagnetnih atomov je precej daljši. Paramagnetni element postane magnetni v prisotnosti magnetnega polja, vendar izgubi magnetne lastnosti takoj, ko ga odstranite. Razlog za takšno vedenje je prisotnost enega ali več neparnih elektronov v zunanji orbitalni lupini.

Paramagnetni v primerjavi z diamagnetnimi elementi

Eno najpomembnejših odkritij v znanosti v zadnjih 200 letih je medsebojna povezanost električne energije in magnetizma. Ker ima vsak atom oblak negativno nabitih elektronov, ima potencial za magnetne lastnosti, toda ali prikazuje feromagnetizem, paramagnetizem ali diamagnetizem, je odvisno od njihove konfiguracije. Če želite to ceniti, je treba razumeti, kako elektroni odločajo, katere orbite bodo zasedle okoli jedra.

Elektroni imajo kakovost, imenovano spin, ki si jo lahko zamislite kot smer vrtenja, čeprav je njena bolj zapletena. Elektroni imajo lahko "spin-up" (ki si ga lahko predstavljate kot vrtenje v smeri urinega kazalca) ali "spin-up" (v nasprotni smeri urinega kazalca). Razporedijo se na naraščajočih, strogo določenih razdaljah od jedra, imenovanih lupine, znotraj vsake lupine pa so poddrobja, ki imajo diskretno število orbitale, ki jih lahko zasedeta največ dva elektrona, od katerih ima vsak nasproten spin. Dva elektrona, ki zasedata orbito, naj bi bila seznanjena. Njihovi vrti se prekličejo in ne ustvarijo magnetnega trenutka. Eden od elektronov, ki zaseda orbito, je na drugi strani neparoriran in ima za posledico neto magnetni trenutek.

Diamagnetni elementi so tisti, ki nimajo parnih elektronov. Ti elementi šibko nasprotujejo magnetnemu polju, kar znanstveniki pogosto dokazujejo z levitacijo diamagnetnega materiala, na primer pirolitnega grafita ali žabe (ja, žaba!) Nad močnim elektromagnetom. Paramagnetni elementi so tisti, ki imajo neparne elektrone. Atom dajo neto magnetni dipolni moment, in ko se uporabi polje, se atomi poravnajo s poljem in element postane magnetni. Ko odstranite polje, se toplotna energija vmeša v naključno poravnavo in magnetizem se izgubi.

Izračun, ali je element paramagnetni ali diamagnetni

Elektroni napolnijo lupine okoli jedra na način, da čim manj zmanjšajo energijo. Znanstveniki so odkrili tri pravila, ki jih upoštevajo pri tem, znana kot načelo Aufbrau, pravilo Hunds in načelo izključitve Pauli. Z uporabo teh pravil lahko kemiki določijo, koliko elektronov zaseda vsako poddrugo, ki obdaja jedro.

Če želite ugotoviti, ali je element diamagnetni ali paramagnetni, je treba samo pogledati valenčne elektrone, ki so tisti, ki zasedajo najbolj skrajno poddružino. Če najbolj oddaljena poddružina vsebuje orbitale s parnimi elektroni, je element paramagneten. Sicer pa je njen diamagnetni. Znanstveniki identificirajo podklete kot s, p, d in f. Pri pisanju konfiguracije elektronov je konvencija, da valenčni elektroni pred plemenitim plinom, ki je pred zadevnim elementom v periodični tabeli, predhodno obravnavajo. Plemeniti plini so popolnoma zapolnili elektronske orbitale, zato so inertne.

Na primer, elektronska konfiguracija magnezija (Mg) je 3s². Zunanja podkolesa vsebuje dva elektrona, vendar sta neparna, zato je magnezij paramagneten. Po drugi strani je elektronska konfiguracija cinka (Zn) 4s²3d¹⁰. V svoji zunanji lupini nima neparnih elektronov, zato je cink diamagneten.

Seznam paramagnetnih atomov

Magnetne lastnosti vsakega elementa lahko izračunate tako, da napišete njihove elektronske konfiguracije, a na srečo tega ne morate storiti. Kemiki so že ustvarili tabelo paramagnetnih elementov. To so:

Paramagnetne spojine

Kadar se atomi združijo in tvorijo spojine, lahko nekatere od teh spojin kažejo tudi paramagnetizem iz istega razloga, kot ga imajo elementi. Če v organih spojin obstaja en ali več neparnih elektronov, bo spojina paramagnetna. Primeri vključujejo molekulski kisik (O₂), železov oksid (FeO) in dušikov oksid (NO). V primeru kisika je to paramagnetizem mogoče prikazati s pomočjo močnega elektromagneta. Če na polovico takšnega magneta nalijete tekoči kisik, se bo kisik nabiral okoli polov, ko se izpareva, da ustvari oblak kisikovega plina. Poskusite z istim poskusom s tekočim dušikom (N₂), kar ni paramagnetno in tak oblak ne bo oblikovan.

Če bi želeli sestaviti seznam paramagnetnih spojin, bi morali preučiti elektronske konfiguracije. Ker so njegovi pari elektronov v zunanjih valenčnih lupinah, ki dajejo paramagnetne lastnosti, bi lahko spojine s takšnimi elektroni uvrstile na seznam. Vendar to vedno ni res. V primeru molekule kisika obstaja enakomerno število valenčnih elektronov, vendar vsak zaseda nižje energijsko stanje, da se zmanjša skupno energijsko stanje molekule. Namesto para elektronov v višji orbitali sta v nižjih orbitali dva parna elektrona, zaradi česar je molekula paramagnetna.