Liste over paramagnetiske atomer

Innhold

• Paramagnetiske vs. diamagnetiske elementer
• Beregner om et element er paramagnetisk eller diamagnetisk
• En liste over paramagnetiske atomer
• Paramagnetiske forbindelser

Alle atomer reagerer på en eller annen måte på magnetiske felt, men de reagerer forskjellig avhengig av konfigurasjonen av atomene som omgir kjernen. Avhengig av denne konfigurasjonen, kan et element være diamagnetisk, paramagnetisk eller ferromagnetisk. Elementer som er diamagnetiske - som faktisk alle er til en viss grad - blir svakt avvist av et magnetfelt, mens paramagnetiske elementer blir svakt tiltrukket og kan bli magnetiserte. Ferromagnetiske materialer har også muligheten til å bli magnetisert, men i motsetning til paramagnetiske elementer, er magnetiseringen permanent. Både paramagnetisme og ferromagnetisme er sterkere enn diamagnetisme, så elementer som utviser enten paramagnetisme eller ferromagnetisme er ikke lenger diamagnetiske.

Bare noen få elementer er ferromagnetiske ved romtemperatur. De inkluderer jern (Fe), nikkel (Ni), kobolt (Co), gadolinium (Gd) og - som forskere nylig oppdaget - ruthenium (Ru). Du kan lage en permanent magnet med hvilken som helst av disse metallene ved å eksponere den for et magnetfelt. Listen over paramagnetiske atomer er mye lenger. Et paramagnetisk element blir magnetisk i nærvær av et magnetfelt, men det mister sine magnetiske egenskaper så snart du fjerner feltet. Årsaken til denne oppførselen er tilstedeværelsen av en eller flere uparede elektroner i det ytre omkretsskallet.

Paramagnetiske vs. diamagnetiske elementer

Et av de viktigste funnene i vitenskapen i løpet av de siste 200 årene er sammenkoblingen av elektrisitet og magnetisme. Fordi hvert atom har en sky av negativt ladede elektroner, har det potensialet for magnetiske egenskaper, men om det viser ferromagnetisme, paramagnetisme eller diamagnetisme avhenger av deres konfigurasjon. For å sette pris på dette, er det nødvendig å forstå hvordan elektronene bestemmer hvilke bane som skal oppta rundt kjernen.

Elektronene har en kvalitet som heter spin, som du kan visualisere som rotasjonsretning, selv om den er mer komplisert enn det. Elektroner kan ha "spin-up" (som du kan visualisere med urviseren) eller "spin-down" (mot klokken). De ordner seg på økende, strengt definerte avstander fra kjernen som kalles skjell, og innenfor hvert skall er det underhell som har et diskret antall orbitaler som kan opptas av maksimalt to elektroner, som hver har motsatt spinn. To elektroner som opptar en orbital sies å være sammenkoblet. Spinnene deres kansellerer, og de skaper ikke noe magnetisk nettmoment. Et enkelt elektron som opptar en orbital er derimot uparret, og det resulterer i et nettomagnetisk øyeblikk.

Diamagnetiske elementer er de uten parvise elektroner. Disse elementene er svakt imot et magnetfelt, som forskere ofte demonstrerer ved å levitere et diamagnetisk materiale, for eksempel pyrolitisk grafitt eller en frosk (ja, en frosk!) Over en sterk elektromagnet. Paramagnetiske elementer er de som har uparede elektroner. De gir atomet et nettomagnetisk dipolmoment, og når et felt blir påført, stemmer atomene i samsvar med feltet, og elementet blir magnetisk. Når du fjerner feltet, griper termisk energi inn for å randomisere justeringen, og magnetismen går tapt.

Beregner om et element er paramagnetisk eller diamagnetisk

Elektroner fyller skjell rundt kjernen på en måte som minimerer nettoenergi. Forskere har oppdaget tre regler som de følger når de gjør dette, kjent som Aufbrau-prinsippet, Hunds Rule og Pauli-eksklusjonsprinsippet. Ved å anvende disse reglene, kan kjemikere bestemme hvor mange elektroner som opptar hvert av delskallene som omgir en kjerne.

For å bestemme om et element er diamagnetisk eller paramagnetisk, er det bare nødvendig å se på valenselektronene, som er de som opptar den ytterste underhylle. Hvis den ytterste undersiden inneholder orbitaler med uparmerte elektroner, er elementet paramagnetisk. Ellers er det diamagnetisk. Forskere identifiserer underskallene som s, p, d og f. Når man skriver elektronkonfigurasjon, er konvensjonen å gå foran valenselektronene med edelgassen som går foran det aktuelle elementet i den periodiske tabellen. Edelgasser har fullstendige elektroniske orbitaler, og det er derfor de er inerte.

For eksempel er elektronkonfigurasjonen for magnesium (Mg) 3s². Det ytterste underskallet inneholder to elektroner, men de er uparmerte, så magnesium er paramagnetisk. På den annen side er elektronkonfigurasjonen til sink (Zn) 4s²3d¹⁰. Det har ingen uparede elektroner i det ytre skallet, så sink er diamagnetisk.

En liste over paramagnetiske atomer

Du kan beregne magnetiske egenskaper til hvert element ved å skrive ut elektronkonfigurasjonene, men heldigvis trenger du ikke. Kjemikere har allerede laget en tabell med paramagnetiske elementer. De er som følger:

Paramagnetiske forbindelser

Når atomer kombineres for å danne forbindelser, kan noen av disse forbindelsene også utvise paramagnetisme av samme grunn som elementer gjør. Hvis ett eller flere uparede elektron finnes i forbindelsene orbitaler, vil forbindelsen være paramagnetisk. Eksempler inkluderer molekylært oksygen (O₂), jernoksid (FeO) og nitrogenoksid (NO). Når det gjelder oksygen, er det mulig å vise denne paramagnetismen ved hjelp av en sterk elektromagnet. Heller du flytende oksygen mellom polene til en slik magnet, vil oksygenet samles rundt polene når det fordamper for å skape en sky av oksygengass. Prøv det samme eksperimentet med flytende nitrogen (N₂), som ikke er paramagnetisk, og ingen slik sky vil danne seg.

Hvis du ville sette sammen en liste over paramagnetiske forbindelser, måtte du undersøke elektronkonfigurasjoner. Fordi det er de uparrede elektronene i den ytre valensskall som gir paramagnetiske kvaliteter, bør forbindelser med slike elektroner lage listen. Dette er ikke alltid sant. Når det gjelder oksygenmolekylet er det et jevnt antall valenselektroner, men de opptar hver en lavere energitilstand for å minimere molekylets totale energitilstand. I stedet for et elektronpar i en høyere orbital, er det to uparede elektroner i lavere orbitaler, noe som gjør molekylet paramagnetisk.