خصلت مغناطیسی مواد
از نظر خصلت مغناطیسی مواد معمولا در یکی از دسته های پارامغناطیس (Paramagnetism)، دیامغناطیس (Diamagnetism) و فرومغناطیس (Ferromagnetism) قرار می گیرند. موقع قرار گرفتن در میدان مغناطیسی ( مثلاً ناشی از یك آهنربای خارجی)، در مواد دیامغناطیس خصلت آهنربایی بصورت مخالف با آهنربای خارجی القا می شود و بنابراین توسط میدان مغناطیسی خارجی دفع می شوند، درحالیکه در مواد پارامغناطیس و فرومغناطیس خصلت آهنربایی بصورت موافق با آهنربای خارجی القا می شود و توسط میدان مغناطیسی خارجی جذب می شوند. بعد از حذف میدان مغناطیسی خارجی مواد پارامغناطیس خصلت آهنربایی القا شده را از دست می دهند، درحالیکه مواد فرومغناطیس می توانند خصلت آهنربایی خود را حفظ کنند.
شناور شدن کربن پیرولیتیک (Pyrolytic Carbon) دیامغناطیس بر روی آهنربای دائمی خارجی
وجود الكترون های جفت نشده در یك ماده باعث جذب آن ماده توسط میدان مغناطیسی خارجی می شود. این جذب شدن به خاطر همسوشدن اسپین الكترون با آهنربای خارجی و برقراری جاذبه های مغناطیسی بین الكترون بعنوان یك آهنربای كوچك با میدان مغناطیسی خارجی است. وجود جفت الكترون جفت شده باهم باعث دفع یك ماده توسط میدان مغناطیسی می شود. جذب به خاطر الكترون های جفت نشده خیلی بیشتر از دفع به خاطر الكترون های جفت شده است به همین علت اگر یك ماده حتی یك الكترون جفت نشده در حضور تعداد زیادی الكترون جفت شده داشته باشد، معمولا توسط میدان مغناطیسی جذب می شود. بنابراین موادی كه الكترون جفت نشده دارند، معمولا بصورت پارامغناطیس یا فرومغناطیس هستند و موادی كه الكترون جفت نشده ندارند، دیامغناطیس هستند. با افزایش تعداد e های جفت نشده خصلت پارامغناطیسی و جاذبه با میدان مغناطیسی خارجی افزایش می یابد. دقت داشته باشید بسیاری از اتمهایی که در آرایش الکترونی خود در حالت پایه الكترون جفت نشده دارند، موقع ترکیب شدن باهم بعلت جفت شدن الکترونها با هم و از بین رفتن الكترونهای جفت نشده خصلت پارامغناطیسی خود را از دست می دهند. بعنوان مثال اتمهای هیدروژن مجزا از هم پارامغناطیس هستند، در حالیکه اتمهای هیدروژن ترکیب شده با هم یا مولکولهای هیدروژن دیامغناطیس هستند.
مثال: انتظار دارید کدامیک از اتمها یا یونهای زیر بصورت مجزا پارامغناطیس و کدامیک دیامغناطیس باشند؟
حل:
اتمها یا یونهایی بصورت مجزا پارامغناطیس خواهند بود که در آرایش الکترونی خود الكترون جفت نشده داشته باشند، در غیر اینصورت دیامغناطیس خواهند بود. بنابراین انتظار می رود B,Ti پارامغناطیس و N3-,Sc3+,Kr,Ag+ دیامغناطیس باشند.
*****
تمرین: انتظار دارید کدامیک از اتمها یا یونهای زیر بصورت مجزا خصلت پارامغناطیسی قویتری از خود نشان دهد؟ چرا؟
*****
در حالت عادی خصلت مغناطیسی ذرات و آهنرباهای متناظر تمایل دارند هم جهت شوند و باهم جاذبه برقرار کنند و از طرف دیگر یک آهنربای بزرگتر بوجود آورند. در مواد پارامغناطیس بعلت جنب و جوش های گرمایی این هم جهت شدن مگر تحت تاثیر یک آهنربای خارجی رخ نمی دهد و در صورت عدم حضور آهنربای خارجی بعلت توزیع تصادفی جهت آهنربایی ذرات تشکیل دهنده که همدیگر را خنثی می کنند، مواد پارامغناطیس فاقد خصلت آهنربایی در مقیاس ماکروسکوپی هستند. در صورت حضور آهنربای خارجی مواد پارامغناطیس بعلت هم جهت شدن جهت آهنربایی ذرات تشکیل دهنده با جهت آهنربای خارجی که منجر می شود دیگر بطور کامل همدیگر را خنثی نکنند، دارای خصلت آهنربایی در مقیاس ماکروسکوپی می شوند که مقدار خصلت آهنربایی آنها با افزایش قدرت میدان مغناطیسی آهنربای خارجی بعلت هم جهت تر شدن تعداد بیشتری از ذرات افزایش می یابد. با حذف میدان بعلت بهم خوردن آرایش همسوی ذرات بر اثر جنب و جوش های گرمایی و برقراری مجدد توزیع تصادفی جهت خصلت مغناطیسی آنها خصلت مغناطیسی مواد پارامغناطیس از بین می رود. در مواد فرومغناطیس اسپین الكترون های جفت نشده اتم ها یا بطور کلی خصلت مغناطیسی ذرات تشکیل دهنده ( که هر ذره معادل یک آهنربای کوچک است) تمایل دارند هم جهت شوند و در مقیاس ماكروسكوپی حوزه هایی با خصلت مغناطیسی همسو تشكیل دهند. در مواد فرو مغناطیس در میدان مغناطیسی خارجی حوزه های همسو با میدان رشد می كنند و ماده فرومغناطیس حتی پس از حذف میدان به طور خالص درجهت میدان اعمال شده قبلی ویژگی آهنربا بودن نشان می دهد. شکل بعدی را در نظر بگیرید.
(a) حالت اولیه بدون خصلت مغناطیسی (b) در حضور میدان مغناطیسی خارجی (c) بعد از حذف میدان مغناطیسی خارجی
مواد فرو مغناطیس به دو دسته نرم و سخت می توانند تقسیم شوند. مواد فرو مغناطیس نرم براحتی آهنربا می شوند و براحتی هم خصلت آهنربایی خود را از دست می دهند، در حالیکه مواد فرومغناطیس سخت (مثل آلیاژهای بکاررفته در آهنربا) بسختی آهنربا می شوند و بسختی هم خصلت آهنربایی خود را از دست می دهند.
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
**************************************************
سایت: www.youngchemist.com
مولف: محمد شاهی
نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com
**************************************************
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||