Er zink magnetisk?

Zink er et praktisk metal, som findes i alt fra næringsrige fødevarer til bildele. Men er zink magnetisk? Det korte svar er Nej, zink er ikke magnetisk.. Men der ligger en spændende videnskab bag, hvorfor dette almindelige metal ikke klæber til magneter.

Fortsæt med at læse. Som professionel producent af neodymmagnetervil jeg føre dig til at få det fulde overblik over zinks mærkelige magnetiske egenskaber.

Er zink magnetisk?

Nej, zink er ikke magnetisk fordi det mangler uparrede elektroner og udviser diamagnetiske egenskaber, som er kendetegnet ved en svag frastødning fra magnetfelter.

Hvorfor zink ikke er magnetisk

Et kig på zinks elektronkonfiguration giver flere detaljer om, hvorfor metallet mangler magnetisme: [Ar] 3d10 4s2

Den vigtige del er den fyldte indre 3d-orbital, der rummer 10 elektroner. Med 5 sæt spinparrede elektroner ophæver zinks indre skal alle magnetiske momenter, der ellers ville opstå. Og selv om 4s-orbitalet indeholder to tilsyneladende uparrede elektroner, kræver kvantemekanikken, at de kobles sammen til et spin-nul-par.

Så i alt er zinkatomernes elektroner parrede, og der er ingen uparrede elektroner til rådighed til at skabe et magnetisk moment. For at et materiale kan udvise magnetisme, skal det typisk have uparrede elektroner, som kan justere deres spin som reaktion på et eksternt magnetfelt.

Det er derfor, at zink faktisk klassificeres som "diamagnetisk" af forskere.

Hvad er diamagnetisme?

Diamagnetisme er egenskaben ved at blive svagt frastødt af magnetiske felter.

Så hvis du placerer en stærk magnet i nærheden af et stykke zink, vil zinken diskret bevæge sig væk fra magneten.

Når det er sagt, er effekten meget subtil. Og zink bliver IKKE selv magnetiseret.

Diamagneter som zink skaber et induceret magnetfelt i modsat retning af et eksternt påført magnetfelt. Dette forårsager frastødning mellem de to magnetfelter.

Men igen er det inducerede felt ekstremt svagt og forsvinder, så snart det eksterne felt fjernes.

Så zink tiltrækkes ikke af magneter som jern. Men det udviser nogle interessante fysiske egenskaber, når det interagerer med magnetfelter.

Hvornår kan zink blive magnetisk?

Okay, så ren zink er ikke-magnetisk. Men hvad hvis det kombineres med andre materialer?

Det viser sig, at der ER nogle få nichetilfælde, hvor zink udviser magnetlignende egenskaber:

1. Smeltet zinkmetal

Hvis man smelter metallisk zink og hælder det i nærheden af en stærk magnet, sker der noget meget mærkeligt...

Det flydende zinkmetal vil diskret bevæge sig væk fra magneten!

Hvad sker der her?

Forskerne mener, at når den smeltede zink flyder rundt i magnetfeltet, opstår der små elektriske strømme.

Og disse strømme skaber faktisk deres eget lille magnetfelt i modsætning til hovedmagneten. Så magneten frastøder den flydende zink.

Selvfølgelig bliver zinken IKKE magnetisk i sig selv. Det er de elektriske strømme, der forårsager frastødningen. Men det er stadig en flot fysikdemonstration!

2. Zinkoxid

Zinkoxid er en uorganisk forbindelse dannet af zink- og oxygenatomer.

Det har udbredte industrielle anvendelser fra plast til makeup til skælshampoo.

Zinkoxid har også nogle begrænsede magnetiske egenskaber, hvis det fremstilles på den rigtige måde.

Specifikt kan zinkoxid blive svagt magnetisk, når der tilføres spormængder af magnetiske forureninger som jern, kobolt eller nikkel.

Så mens ren zinkoxid er diamagnetisk, får urene partier med spormetaller ferromagnetiske egenskaber.

Magnetismen afhænger i høj grad af koncentrationen og typen af de forurenende stoffer, der er til stede. Så partier vil være forskellige og udvise forskellige egenskaber under et magnetfelt.

Hvorfor bliver jern magnetisk, men ikke zink?

Da vi har udforsket, hvorfor zink IKKE klæber til magneter, opstår der et naturligt spørgsmål...

Hvordan kan det være, at nogle metaller som jern ER stærkt magnetiske?

Det viser sig, at magnetisme skyldes uparrede elektroner, der drejer rundt i et materiale. Specielt overgangsmetaller har en tendens til at være de mest magnetiske.

For eksempel har jern FIRE uparrede elektroner i sin yderste skal!

Det gør det muligt at skabe stærk magnetisme, når elektronerne retter sig ind efter et eksternt magnetfelt. Disse individuelle mikroskopiske magneter stables derefter op parallelt og multiplicerer effekten på tværs af milliarder af atomer.

Så jern kan selv blive en stærk permanent magnet, hvilket zink ikke kan.

Nikkel og kobolt har også to uparrede elektroner og udviser ferromagnetisme ligesom jern.

I modsætning hertil har lettere grundstoffer som zink helt fyldte elektronskaller med alle elektroner lykkeligt parret. Så zinkatomer bidrager ikke med noget magnetisk moment, der kan stilles op.

Det er derfor, zink kun udviser svag, midlertidig diamagnetisme, når det udsættes for andre magnetfelter. Men det bliver IKKE magnetisk af sig selv.

Forhåbentlig kaster det lidt lys over, hvorfor zink trodser magneter! Lad os nu udforske nogle eksempler fra den virkelige verden...

Er zink magnetisk i mønter?

Småmønter er det perfekte videnskabelige hjemmeeksperiment til at teste zinks magnetisme.

Her i USA består de pennies, der er produceret siden 1983, af en zinkkerne, der er belagt med en tynd kobberbelægning.

Og da både zink og kobber er diamagnetiske, tiltrækkes disse nyere mønter IKKE af magneter.

Så hvis du tager en Lincoln-cent fra efter 1983 og prøver at sætte den fast på en køleskabsmagnet, vil den ikke flytte sig!

Nu til et bonuseksperiment...

Hvis du smelter nogle få (100 eller færre) moderne mønter for at udvinde den rå zink indeni, kan du genskabe den seje demonstration af flydende zinkfysik fra tidligere!

Hæld forsigtigt din smeltede zink i nærheden af en stærk neodymmagnet, og du vil måske se det flydende metal blive frastødt på en subtil måde. Husk, at det ikke er zinken i sig selv, der bliver magnetisk. Det er bare elektriske strømme, der induceres i det bevægelige metal, og som står i modsætning til den eksterne magnet.

Så der har du det endelige bevis fra amerikanske mønter - zink er ikke-magnetisk!

I øvrigt består den 1 cent euromønt, der er præget siden 2002, også af en stålkerne, der er belagt med kobber. Så europæiske mønter vil vise den samme fysik.

Før 1983 var amerikanske pennies lavet af 95%-kobber. Så ældre kobbertunge cents VIL blive svagt tiltrukket af magneter.

Brug af zinks ikke-magnetisme i den virkelige verden

Okay, videre til nogle praktiske anvendelser. Hvorfor betyder det noget i den virkelige verden, at zink ikke er magnetisk?

Her er to store:

Elektromagnetisk afskærmning

Apparater som radioer, tv og mobiltelefoner producerer elektromagnetiske felter. Disse EM-felter kan forstyrre anden elektronik.

Det er her, ikke-magnetisk zink er praktisk! Ved at indføre et lag ledende zink afskærmes følsom elektronik fra omstrejfende EM-signaler.

Zink blokerer og absorberer effektivt elektromagnetisk stråling takket være frie elektroner i sin atomstruktur. De frie elektroner spreder signalerne.

Så næste gang dit tv går amok, når din mikrobølgeovn er tændt, så giv EM-interferens skylden! Et Faraday-skjold lavet af ledende metaller som zink kan hjælpe med at blokere forvirrende transmissioner.

MRI-sikkerhed

Zinklegeringer og -forbindelser findes i alt fra medicinsk udstyr til byggematerialer på hospitaler.

Ikke-magnetisk zink forårsager ingen billedartefakter eller forstyrrelser omkring stærke MR-scanninger. Så det er perfekt til at skabe MR-sikkert udstyr!

Husk, at en MR-scanner bruger en massiv magnet på 1,5+ Tesla. Stålværktøj ville blive revet ud af hænderne på en læge. Mens udstyr fremstillet af zinklegeringer ikke giver anledning til sikkerhedsproblemer eller elektroniske forstyrrelser.

Så læger kan trygt bruge zinkbaserede værktøjer i nærheden af følsomt billeddannelsesudstyr. Nyttigt til præcise kirurgiske indgreb, når en MRI er i brug!

Zinkoxid er også en ingrediens i topiske cremer, der er sikre at anvende, før man gennemgår en MR-scanning. Da det ikke tiltrækkes af maskinens kraftige magnetiske spoler.

Så der har du det ... et par nicheanvendelser, der er afhængige af, at zink IKKE reagerer på magnetfelter!

Hvad man kan tage med sig: Hvorfor zink IKKE er magnetisk

Selv om zink har nogle underlige fysiske egenskaber som f.eks. frastødning af flydende zinkmetal, er ren zink IKKE magnetisk i klassisk forstand.

Det skyldes, at zinkatomer ikke har nogen uparrede elektroner. Så hvert zinkatom udviser ikke noget magnetisk moment, der kan justeres i et eksternt felt.

Andre overgangsmetaller som jern har uparrede elektroner i deres ydre skal. Så deres elektroner KAN spinne og justere på tværs af atomer for at skabe ferromagnetisme.

Men zink udviser kun ekstremt svag, midlertidig induceret magnetisme, kaldet diamagnetisme.

Så næste gang du vil sætte en seddel eller et foto på køleskabet, skal du ikke gribe ud efter den skinnende mønt! Zinkkernen reagerer ikke på magneter.

Tag i stedet en gammeldags papirklips i stål ... de er stadig pålideligt magnetiske!