Je zinek magnetický?

Zinek je užitečný kov, který se nachází ve všech potravinách, od výživných potravin až po součástky do aut. Je však zinek magnetický? Stručná odpověď zní ne, zinek není magnetický. Za tím, proč se tento běžný kov nelepí na magnety, však stojí zajímavé vědecké poznatky.

Čtěte dál. Jako profesionál výrobce neodymových magnetů, povedu vás k tomu, abyste získali kompletní informace o podivných magnetických vlastnostech zinku.

Je zinek magnetický?

Ne, zinek není magnetický protože postrádá nepárové elektrony a vykazuje diamagnetické vlastnosti, které se vyznačují slabým odpuzováním od magnetického pole.

Proč zinek není magnetický

Při pohledu na elektronovou konfiguraci zinku se dozvíte více podrobností o tom, proč tento kov postrádá magnetismus: [Ar] 3d10 4s2

Důležitou součástí je zaplněný vnitřní 3d orbital, který obsahuje 10 elektronů. Díky 5 sadám spinově spárovaných elektronů vnitřní slupka zinku ruší všechny magnetické momenty, které by jinak vznikly. A přestože orbital 4s obsahuje dva zdánlivě nepárové elektrony, kvantová mechanika vyžaduje, aby se spojily do páru s nulovým spinem.

Celkem jsou tedy elektrony atomů zinku spárovány a pro vytvoření magnetického momentu nejsou k dispozici žádné nespárované elektrony. Aby materiál vykazoval magnetismus, musí mít obvykle nepárové elektrony, které mohou vyrovnat své spiny v reakci na vnější magnetické pole.

Proto je zinek vědci klasifikován jako "diamagnetický".

Co je to diamagnetismus?

Diamagnetismus je vlastnost, že je slabě odpuzován magnetickým polem.

Pokud tedy umístíte silný magnet do blízkosti kousku zinku, zinek se bude od magnetu nenápadně vzdalovat.

Přesto je účinek velmi jemný. A zinek se sám o sobě nemagnetizuje.

Diamagnety jako zinek vytvářejí indukované magnetické pole v opačném směru než vnější magnetické pole. To způsobuje odpuzování mezi oběma magnetickými poli.

Indukované pole je však opět velmi slabé a zmizí, jakmile je vnější pole odstraněno.

Zinek tedy není přitahován magnety jako železo. Při interakci s magnetickým polem však vykazuje zajímavé fyzikální vlastnosti.

Kdy se zinek může stát magnetickým?

Dobře, takže čistý zinek je nemagnetický. Ale co když se zkombinuje s jinými materiály?

Ukázalo se, že existuje několik specifických případů, kdy zinek vykazuje vlastnosti podobné magnetu:

1. Tavený zinkový kov

Pokud roztavíte kovový zinek a nalijete ho do blízkosti silného magnetu, stane se něco velmi zvláštního...

Tekutý zinkový kov se bude od magnetu nenápadně vzdalovat!

Co se tu děje?

Vědci se domnívají, že když roztavený zinek obtéká magnetické pole, vznikají drobné elektrické proudy.

A tyto proudy ve skutečnosti vytvářejí vlastní malé magnetické pole, které je v opozici k hlavnímu magnetu. Magnet tak odpuzuje tekutý zinek.

Samotný zinek se samozřejmě NESTÁVÁ magnetickým. Odpuzování způsobují elektrické proudy. Ale i tak je to pěkná fyzikální ukázka!

2. Oxid zinečnatý

Oxid zinečnatý je anorganická sloučenina tvořená atomy zinku a kyslíku.

Má široké průmyslové využití od plastů přes make-up až po šampon proti lupům.

Oxid zinečnatý vykazuje také určité omezené magnetické vlastnosti, pokud je vyroben správným způsobem.

Konkrétně, když se do oxidu zinečnatého dostanou stopová množství magnetických nečistot, jako je železo, kobalt nebo nikl, může se stát slabě magnetickým.

Zatímco čistý oxid zinečnatý je diamagnetický, nečisté šarže se stopovými prvky kovů nabývají feromagnetických vlastností.

Magnetismus je do značné míry závislý na koncentraci a typu přítomných kontaminantů. Dávky se tedy budou lišit a vykazovat různé vlastnosti v magnetickém poli.

Proč se železo stává magnetickým, ale zinek ne?

Když už jsme prozkoumali, proč se zinek nelepí na magnety, vyvstává přirozená otázka...

Jak je možné, že některé kovy, například železo, JSOU silně magnetické?

Ukázalo se, že magnetismus je výsledkem rotace nespárovaných elektronů v materiálu. Nejvíce magnetické jsou přechodné kovy.

Například železo má ve vnější slupce ČTYŘI nespárované elektrony!

To umožňuje vznik silného magnetismu, když se elektrony vyrovnají s vnějším magnetickým polem. Tyto jednotlivé mikroskopické magnety se pak paralelně skládají na sebe, čímž se účinek znásobí v miliardách atomů.

Železo se tak může samo stát silným permanentním magnetem, což zinek nedokáže.

Nikl a kobalt mají také dva nespárované elektrony a vykazují feromagnetismus jako železo.

Naproti tomu lehčí prvky, jako je zinek, mají zcela zaplněné elektronové slupky a všechny elektrony jsou šťastně spárovány. Atomy zinku tedy nepřispívají žádným magnetickým momentem, který by se mohl seřadit.

Proto zinek vykazuje pouze slabý, dočasný diamagnetismus, když je vystaven jiným magnetickým polím. Sám o sobě se však magnetickým nestává.

Doufejme, že to osvětlí, proč zinek odolává magnetům! Nyní prozkoumejme několik příkladů z reálného světa...

Je zinek v mincích magnetický?

Penízky jsou ideálním domácím vědeckým pokusem pro testování magnetismu zinku.

V USA se mince vyráběné od roku 1983 skládají ze zinkového jádra pokoveného tenkou vrstvou mědi.

A protože zinek i měď jsou diamagnetické, tyto novější mince NEJSOU přitahovány magnety.

Pokud tedy vezmete Lincolnův cent z období po roce 1983 a zkusíte ho přilepit na magnetku na lednici, ani se nehne!

A nyní bonusový experiment...

Pokud roztavíte několik (maximálně 100) moderních mincí a získáte z nich surový zinek, můžete si zopakovat skvělou fyzikální ukázku tekutého zinku z dřívějška!

Když opatrně nalijete roztavený zinek do blízkosti silného neodymového magnetu, uvidíte, že se tekutý kov jemně odpuzuje. Nezapomeňte, že zinek sám o sobě není magnetický. Jen elektrické proudy indukované v pohybujícím se kovu, které působí proti vnějšímu magnetu.

Takže tady máte definitivní důkaz přímo z americké mincovny - zinek je nemagnetický!

Mimochodem, 1 centová euromince ražená od roku 2002 se rovněž skládá z ocelového jádra pokoveného mědí. Evropské mince tedy budou vykazovat stejnou fyziku.

Před rokem 1983 se americké mince vyráběly z mědi 95%. Starší měděné centy tedy BUDOU slabě přitahovány magnety.

Využití nemagnetismu zinku v reálném světě

Dobrá, přejděme k některým praktickým aplikacím. Proč je v reálném světě důležité, že zinek není magnetický?

Zde jsou dvě velké:

Elektromagnetické stínění

Zařízení, jako jsou rádia, televizory a mobilní telefony, vytvářejí elektromagnetická pole. Tato elektromagnetická pole mohou rušit ostatní elektroniku.

A právě zde se hodí nemagnetický zinek! Vrstva vodivého zinku chrání citlivou elektroniku před rozptýlenými EM signály.

Zinek účinně blokuje a pohlcuje elektromagnetické záření díky volným elektronům ve své atomové struktuře. Volné elektrony rozptylují signály.

Takže až se vám příště při zapnuté mikrovlnné troubě rozbije televize, svádějte vinu na elektromagnetické rušení! Faradayův štít z vodivých kovů, jako je zinek, by mohl pomoci zablokovat matoucí vysílání.

Bezpečnost MRI

Slitiny a sloučeniny zinku se objevují ve všem od lékařských nástrojů až po stavební materiály v nemocnicích.

Nemagnetický zinek nezpůsobuje v okolí silných magnetických rezonancí žádné zobrazovací artefakty ani poruchy. Je tedy ideální pro vytvoření zařízení bezpečného pro MRI!

Nezapomeňte, že skener magnetické rezonance používá obrovský magnet o síle více než 1,5 Tesla. Ocelové nástroje by se lékaři vytrhly z rukou. Zatímco zařízení vyrobené ze zinkových slitin nezpůsobuje žádné bezpečnostní problémy ani elektronické poruchy.

Lékaři tak mohou bezpečně používat nástroje na bázi zinku v blízkosti citlivých zobrazovacích zařízení. Užitečné pro přesné chirurgické zákroky při použití magnetické rezonance!

Oxid zinečnatý je také složkou lokálních krémů, které lze bezpečně aplikovat před vyšetřením magnetickou rezonancí. Nebude totiž přitahován silnými magnetickými cívkami přístroje.

Takže tady to máte... několik specifických použití, která se spoléhají na to, že zinek NEREAGUJE na magnetické pole!

Závěr: Proč zinek není magnetický

I když zinek vykazuje některé podivné fyzikální vlastnosti, jako je odpuzování tekutého kovového zinku, čistý zinek NENÍ magnetický v klasickém smyslu.

To proto, že atomy zinku nemají žádné nespárované elektrony. Každý atom zinku tedy nevykazuje žádný magnetický moment, který by se ve vnějším poli vyrovnával.

Ostatní přechodné kovy, jako je železo, mají ve vnější slupce nepárové elektrony. Jejich elektrony se tedy MOHOU otáčet a vyrovnávat napříč atomy a vytvářet tak feromagnetismus.

Zinek však vykazuje pouze extrémně slabý, dočasně indukovaný magnetismus zvaný diamagnetismus.

Takže až si budete chtít příště na ledničku nalepit vzkaz nebo fotografii, nesahejte po lesklém penízku! Zinkové jádro na magnety nereaguje.

Místo toho vezměte staromódní ocelovou sponku... ta je stále spolehlivě magnetická!