Je bronz magnetický?

Bronz je jedním z nejstarších a nejuniverzálnějších materiálů lidstva, jehož historie sahá více než 5000 let do počátků civilizace. Tato ikonická slitina mědi se vyznačuje atraktivním hnědavým odstínem a byla použita pro výrobu všeho možného, od starověkých zbraní až po moderní lodní komponenty. Jedna neodbytná otázka však po celá staletí vrtá hlavou kovotepcům i vědcům: je bronz magnetický?

V tomto komplexním průvodci se jako profesionální výrobce neodymových magnetů, odhalíme pravdu o magnetických vlastnostech bronzu. Zjistíte, co dodává kovům jejich magnetismus, proč bronz odporuje tomuto trendu a jak můžete otestovat bronzové předměty na případnou magnetickou přitažlivost nebo odpudivost. Na konci budete mít definitivní vědeckou odpověď na tuto odvěkou otázku.

Proč jsou některé kovy magnetické, zatímco jiné ne

Magnetismus vzniká díky jedinečnému pohybu elektronů v různých materiálech. Zjednodušeně řečeno, každý elektron se otáčí kolem své osy a obíhá kolem jádra svého atomu. Tím vzniká malé magnetické pole.

Ve většině materiálů je orientace těchto malých magnetických polí náhodná. Směřují všemi možnými směry a vzájemně se vyruší. Ve feromagnetických materiálech, jako je železo, se však pole samovolně vyrovnávají rovnoběžně, a to i bez přítomnosti vnějšího magnetu. To vytváří celkové magnetické pole, které umožňuje těmto kovům přilnout k magnetům.

Co však způsobuje, že některé kovy jsou feromagnetické, zatímco jiné, jako například bronz, nikoli? Odpověď spočívá v nespárovaných elektronech.

Úloha nepárových elektronů

Když elektrony krouží kolem jader svých atomů, obvykle se párují a jejich spiny jsou orientovány opačným směrem. Toto vyřazení neutralizuje případný magnetismus.

Přechodné kovy a kovy vzácných zemin však obsahují ve svých vnějších orbitálních slupkách nespárované elektrony. Právě tyto nespárované elektrony umožňují, aby se magnetická pole kovů vyrovnávala, místo aby se vzájemně neutralizovala.

Tři kovy s největším počtem nespárovaných elektronů jsou železo, kobalt a nikl. Není náhodou, že tyto tři kovy a jejich slitiny vykazují nejsilnější feromagnetismus.

Je bronz magnetický? Krátká odpověď

Bronz je obecně nemagnetický a skládá se především z mědi (diamagnetikum) a cínu (paramagnetikum). Protože je však příspěvek paramagnetismu cínu velmi malý, měl by být bronz považován za prakticky nemagnetický. Proto i v případě, že některé slitiny bronzu obsahují výhradně stopové množství niklu, který je magnetický, zůstává slitina v podstatě nemagnetická. Tento aspekt bronzu umožňuje několik způsobů použití, kde může docházet k rušení magnetismu. 

Proč bronz nemá magnetickou přitažlivost

Teď, když už víte, proč se železo může přilepit na magnet na ledničce, vás možná zajímá, proč se univerzální bronz nepřichytí. Neměla by tato klasická slitina přece jen vykazovat určitý magnetismus?

Důvodem je složení a elektronová konfigurace bronzu.

Nemagnetické součásti bronzu

Bronz tradičně obsahuje 88-95% mědi a 5-12% cínu. Žádný z těchto prvků nemá ve svých vnějších slupkách nepárové elektrony.

Měď má zaplněný vnější elektronový obal, zatímco cín má dva osamělé elektrony, které rotují v opačných směrech. Tím se ruší jakýkoli magnetismus. Žádné nepárové elektrony nevytvářejí magnetické pole, a proto ani jeden z kovů nevykazuje feromagnetismus.

To vysvětluje, proč jsou měď a cín samy o sobě nemagnetické. Zajímavé však je, že po spojení do bronzu zůstává slitina rovněž nemagnetická.

Zachování nemagnetismu ve slitině

Dalo by se očekávat, že kombinace mědi a cínu může vytvářet určitý celkový magnetismus. Kovová vazba bronzu však zachovává nemagnetické vlastnosti jednotlivých složek.

Atomy mědi odevzdávají své elektrony vnější slupky atomům cínu. Tím se ve slitině vytvoří symetrická nemagnetická rovnováha volných elektronů. Zatímco elektrony cínu se stanou nespárovanými, pohybují se rovnoměrně mezi kladnými ionty mědi v "moři elektronů". Vzhledem k tomu, že elektrony jsou stále vyrovnané, nemůže vzniknout žádný magnetismus.

Kdy se bronz může stát magnetickým?

Zatímco tradiční bronz s kombinací mědi a cínu zůstává nemagnetický, neobvyklé slitiny obsahující železo, kobalt nebo nikl mohou vykazovat magnetismus. Jak legující prvky umožňují bronzu stát se magnetickým?

Železný bronz

Některé starověké bronzy obsahovaly železo, ať už z rudných příměsí, nebo záměrně přidané. Byl však tento železný bronz magnetický? Odpověď je překvapivě obecně záporná.

Drobné stopy železa, které se do těchto prvních slitin dostaly, nestačily k vyvolání magnetismu. Navíc kovová vazba bronzu udržovala atomy železa příliš izolované na to, aby se jejich magnetická pole vyrovnala a vytvořila přitažlivost. Pokud se však do slitiny dostalo dostatečné množství železa, mohl se projevit určitý magnetismus.

Moderní železné bronzy této skutečnosti využívají. S obsahem železa kolem 5-10% vykazují zvýšené magnetické vlastnosti. Vyšší obsah železa umožňuje tvorbu magnetických domén při zachování užitečných vlastností bronzu.

Bronzový nikl

Niklové bronzy se chovají podobně jako slitiny železa. Tradiční bronzy odolávají korozi v neoxidujících podmínkách. V aplikacích, jako jsou lodní vrtule, však oxidující mořská voda slitinu rychle degraduje. Malý přídavek niklu kolem 5-10% vytváří ochrannou vrstvu. oxid nikelnatý vrstvu, která zabraňuje korozi.

Stejně jako u železa je tento podíl niklu nedostatečný k vytvoření samotného magnetismu. Určitá migrace niklu však může postupně vyrovnávat lokální magnetická pole, pokud slitina koroduje. To vyvolává ve výklenkových podmínkách menší přitažlivost magnetů.

Další legující prvky

Hliníkové a manganové bronzy jsou rovněž založeny na povrchových oxidech odolných proti korozi, takže jsou v případě časové eroze slabě magnetické. Některé fosforové bronzy mohou používat stopové feromagnetické prvky, jako je železo a kobalt, k odstranění kyslíkových nečistot při výrobě. To může vyvolat slabou magnetickou přitažlivost.

Celkově však standardní cíno-měděný bronz zůstává nemagnetický i přes malé množství legujících prvků. Teprve po přidání značného množství feromagnetických kovů se slitina bronzu může stát řádně magnetickou.

Testování slitin bronzu a mědi na magnetismus

Nyní, když už víte, co se skrývá za sporadickým magnetismem bronzu, můžete otestovat své vlastní artefakty ze slitiny mědi. Zde je několik jednoduchých metod pro kontrolu magnetického chování bronzu a dalších předmětů:

Test plováku

Tento test umožňuje zkontrolovat magnetismus jakéhokoli malého bronzového předmětu, například šperků, mincí nebo řemeslných výrobků. Budete potřebovat misku s plochým dnem, vodu a malý magnet na ledničku.

Nejprve naplňte misku vodou, přičemž pod okrajem nechte 1 palec/2,5 cm volného místa. Poté opatrně položte předmět na hladinu vody. Pokud se potopí, zkuste použít menší předmět nebo přidejte raft z kancelářských sponek, abyste se nadnášeli.

Držte magnet centimetr nad plovoucím předmětem a pomalu ho spouštějte svisle k hladině. Pokud testovaný předmět vyskočí z vody nebo se vrhne vstříc magnetu, vykazuje feromagnetismus. Pokud však povrchové napětí vody zachytí předmět přesně tam, kde leží, když magnet přiblížíte, váš bronz nemá magnetickou přitažlivost.

Tato metoda izoluje testovaný předmět od jakýchkoli rušivých kovů a jasně odhalí i slabý magnetismus.

Metoda rychlého výběru

Pokud chcete rychle otestovat větší bronzové předměty nebo sochy, vyzkoušejte techniku rychlého výběru. Pevně držte magnet a jemně se dotkněte jeho spodní stranou povrchu bronzu pod úhlem 45°. Pomalu po něm přejíždějte a přitom udržujte kontakt.

Pokud magnet bez námahy klouže po bronzu, není zde žádná magnetická přitažlivost. Pokud se však magnet zachytává a táhne, ukazuje to na oblasti s mírným magnetismem. Toho si můžete všimnout v okolí zkorodovaných míst nebo spojených dílů, pokud obsahují železo nebo nikl.

Pro zvýšení citlivosti bez poškrábání nalepte na spodní stranu magnetu vrstvu pěny. Ta zmírní kontakt a zviditelní i slabou magnetickou přitažlivost.

Magnetická prohlížecí fólie

Magnetická prohlížecí fólie nabízí nejvědečtější přístup k posuzování bronzových artefaktů z hlediska magnetismu. Jednoduše pevně přilepte fólii na zkušební povrch bronzu. Poté pod zadní stranu fólie přiložte magnet.

Odolná acetátová fólie okamžitě odhalí všechny magnetické oblasti na bronzu díky zarovnání mikroskopických niklových úlomků uvnitř materiálu. Tam, kde se střepy shlukují do souvislých černých čar a skupin, má váš bronz měřitelný magnetismus.

Pokud se naopak na povrchu objevují pouze náhodné tmavé skvrny, můžete bezpečně usoudit, že vaše slitina nemá žádnou významnou magnetickou přitažlivost nebo odpudivost. Tato metoda také indikuje případná ohniska feromagnetického znečištění u modernějších obráběných předmětů.

Klíčové poznatky o bronzovém magnetismu

• Tradiční cíno-měděný bronz nevykazuje žádné magnetické vlastnosti díky párovým, rušícím se elektronům. Měď a cín samostatně jsou rovněž nemagnetické kovy.
• Legující prvky, jako je železo, nikl, mangan, hliník a kobalt, mohou vyvolat mírný magnetismus, pokud jejich koncentrace přesáhne přibližně 5% bronzu.
• Koroze v průběhu desetiletí a staletí může odhalit pohřbené feromagnetické příměsi, které způsobují, že se ve starých bronzech objevují oblasti s mírným magnetismem.
• Bronzy můžete testovat na magnetismus pomocí flotace, rychlého klouzání magnetu nebo magnetické prohlížecí fólie.

Po tisíce let lidské civilizace bronz pokrýval bitevní pole, zdobil královské rodiny a posiloval říše po celém světě. Tato všestranná slitina nám navzdory své dlouhé historii dobře slouží i v moderní době.

Odhalení záhady občasného magnetismu bronzu vrhá světlo na základní vědecké poznatky o slitinách kovů. Zároveň vás vybaví k tomu, abyste si mohli otestovat své vlastní neocenitelné artefakty a poklady na tuto nejtrvalejší vlastnost - přitažlivost pro polodrahokam.

Sáhněte tedy do svého skladu a vytáhněte staré bronzové památky po dědečkovi nebo artefakt, který jste objevili na zahradě. Pomocí těchto magnetických testů můžete odhalit bohaté příběhy o cestě bronzu časem.