Kas tsink on magnetiline?

Tsink on mugav metall, mida leidub kõiges alates toiteväärtuslikest toiduainetest kuni autoosadeni. Kuid kas tsink on magnetiline? Lühike vastus on ei, tsink ei ole magnetiline. Kuid selle taga on intrigeeriv teadus, miks see tavaline metall magnetite külge ei kleepu.

Loe edasi. Nagu professionaalne neodüüm magnet tootja, viin teid täieliku ülevaate tsingi kummalistest magnetilistest omadustest.

Kas tsink on magnetiline?

Ei, tsink ei ole magnetiline sest sellel puuduvad paaritulematud elektronid ja tal on diamagnetilised omadused, mida iseloomustab nõrk tõrjumine magnetväljade suhtes.

Miks tsink ei ole magnetiline

Tsingi elektronkonfiguratsiooni uurides saab täpsemalt teada, miks sellel metallil puudub magnetism: [Ar] 3d10 4s2

Oluline osa on täidetud sisemine 3d-orbitaal, mis sisaldab 10 elektroni. 5 komplekti spinniga paaritatud elektronidega tühistab tsingi sisemine kest kõik magnetilised momendid, mis muidu tekiksid. Ja kuigi 4s orbitaal sisaldab kahte näiliselt paaritu elektroni, nõuab kvantmehaanika, et need moodustaksid spinni nullpaari.

Seega on tsingi aatomite elektronid kokku paardunud ja magnetilise momendi loomiseks ei ole paardumata elektrone. Selleks, et materjalil oleks magnetism, peab tal tavaliselt olema paaritu elektron, mis võivad oma spinni välise magnetvälja mõjul joondada.

Seetõttu on tsink teadlaste poolt tegelikult klassifitseeritud kui "diamagnetiline".

Mis on diamagnetism?

Diamagnetism on omadus olla nõrgalt tõrjutud magnetväljade poolt.

Seega, kui asetate tugeva magneti tsingitüki lähedusse, liigub tsink magnetist vaikselt eemale.

See tähendab, et mõju on väga peen. Ja tsink EI muutu ise magnetiliseks.

Diamagnetid nagu tsink tekitavad indutseeritud magnetvälja väliselt rakendatud magnetväljale vastupidises suunas. See põhjustab kahe magnetvälja vahel tõrjumise.

Kuid jällegi on indutseeritud väli äärmiselt nõrk ja kaob niipea, kui väline väli eemaldatakse.

Seega ei tõmba tsink magnetid ligi nagu raud. Kuid magnetväljadega suheldes ilmutab see siiski mõningaid huvitavaid füüsikalisi omadusi.

Millal saab tsink muutuda magnetiliseks?

Okei, seega on puhas tsink mittemagnetiline. Aga mis siis, kui see on kombineeritud teiste materjalidega?

Selgub, et on mõned niššijuhud, kus tsink omab magnetilaadseid omadusi:

1. Sulatatud tsingimetall

Kui sulatada metalliline tsink ja valada see tugeva magneti lähedusse, juhtub midagi väga kummalist...

Vedel tsingimetall liigub magnetist peenelt eemale!

Mis siin toimub?

Teadlased arvavad, et kui sulatatud tsink voolab ümber magnetvälja, tekivad pisikesed elektrivoolud.

Ja need hoovused loovad tegelikult oma väikese magnetvälja, mis on vastukaaluks peamagnetile. Nii et magnet tõrjub vedelat tsinki.

Muidugi, tsink ise EI muutu magnetiliseks. Elektrivoolud põhjustavad tõrjumise. Aga see on ikkagi puhas füüsikademonstratsioon!

2. Tsinkoksiid

Tsinkoksiid on anorgaaniline ühend, mis moodustub tsingi ja hapniku aatomitest.

Seda kasutatakse laialdaselt tööstuslikult alates plastikust kuni meigini ja lõpetades kõõmašampooniga.

Tsinkoksiidil on ka piiratud magnetilised omadused, kui see on õigesti valmistatud.

Konkreetselt, kui magnetiliste saasteainete, nagu raud, koobalt või nikkel, jälgedes satub sinna, võib tsinkoksiid muutuda nõrgalt magnetiliseks.

Seega, kui puhas tsinkoksiid on diamagnetiline, siis ebapuhtad partiid, mis sisaldavad jälgi metallidest, omandavad ferromagnetilised omadused.

Magnetism sõltub suurel määral esinevate saasteainete kontsentratsioonist ja tüübist. Seega on partiid erinevad ja näitavad magnetvälja all erinevaid omadusi.

Miks muutub raud magnetiliseks, kuid tsink mitte?

Kuna me oleme uurinud, miks tsink ei kleepu magnetite külge, siis tekib loomulik küsimus...

Kuidas on võimalik, et mõned metallid, nagu raud, ON tugevalt magnetilised?

Selgub, et magnetism tuleneb materjali paaritu elektronide pöörlemisest. Konkreetselt kipuvad üleminekumetallid olema kõige magnetilisemad.

Näiteks raual on NELJA paaritu elektroni väliskooris!

See võimaldab tugeva magnetismi tekkimist, kui elektronid joonduvad välise magnetväljaga. Need üksikud mikroskoopilised magnetid kuhjuvad seejärel paralleelselt, mitmekordistades efekti miljardite aatomite vahel.

Seega võib rauast saada ise tugev püsimagnet, mida tsink ei saa teha.

Ka nikkelil ja koobalti on kaks paaritu elektroni ja neil on ferromagnetism nagu raual.

Seevastu kergematel elementidel, nagu tsink, on täielikult täidetud elektronkehad, kus kõik elektronid on õnnelikult paaris. Nii et tsink aatomid ei anna MINGI magnetilist momenti, mis võiks rivistuda.

Seetõttu ilmutab tsink teiste magnetväljade mõjul vaid nõrka, ajutist diamagnetismi. Kuid EI muutu ise magnetiliseks.

Loodetavasti heidab see valgust sellele, miks tsink trotsib magneteid! Nüüd uurime mõningaid reaalseid näiteid...

Kas tsink on magnetiline pennides või müntides?

Pennid on ideaalne kodune teaduseksperiment tsingi magnetismi katsetamiseks.

Siin USAs alates 1983. aastast toodetud pennid koosnevad tsinksüdamikust, mis on kaetud õhukese vaskkattega.

Ja kuna nii tsink kui ka vask on diamagnetilised, siis need uuemad pennid EI tõmba magnetid ligi.

Seega, kui sa võtad 1983. aasta järgse Lincolni sendi ja üritad seda külmkapimagneti külge kleepida, siis see ei liigu!

Nüüd boonuseks eksperiment...

Kui sulatate mõned (100 või vähem) kaasaegsed pennid, et eraldada nende sees olev toorsink, saate taasluua varasemat lahedat vedeltsingi füüsika demonstratsiooni!

Valage oma sulatatud tsink ettevaatlikult tugeva neodüümimagneti lähedusse ja te võite näha, et vedel metall tõrjub peenelt tagasi. Pidage meeles, et mitte tsink ise ei muutu magnetiliseks. Lihtsalt liikuvas metallis indutseeritud elektrivoolud, mis vastanduvad välisele magnetile.

Nii et siin on teie lõplik tõestus otse USA mündiõigusest - tsink on mittemagnetiline!

Muide, alates 2002. aastast vermitud 1-sendine euromünt koosneb samuti vasega kaetud terasesüdamikust. Nii et Euroopa müntidel on sama füüsika.

Enne 1983. aastat olid Ameerika pennid valmistatud 95% vasest. Seega tõmbavad vanemad vasest raskekaalulised sentid magnetid nõrgalt ligi.

Tsingi mittemagnetismi reaalsed kasutusvõimalused

Okei, nüüd mõned praktilised rakendused. Miks on reaalses maailmas oluline, et tsink on mittemagnetiline?

Siin on kaks suurt:

Elektromagnetiline varjestus

Sellised seadmed nagu raadiod, telerid ja mobiiltelefonid tekitavad elektromagnetvälju. Need elektromagnetväljad võivad häirida teisi elektroonikaseadmeid.

Siinkohal tulebki mittemagnetiline tsink kasuks! Juhtiva tsingi kihi lisamine kaitseb tundlikku elektroonikat hajusate elektromagnetiliste signaalide eest.

Tsink blokeerib ja neelab tõhusalt elektromagnetilist kiirgust tänu oma aatomi struktuuris olevatele vabadele elektronidele. Vabad elektronid hajutavad signaale.

Nii et järgmine kord, kui teie televiisor läheb segi, kui teie mikrolaineahi on sisse lülitatud, süüdistage EM-häireid! Juhtivast metallist, näiteks tsingist, valmistatud Faraday kaitse võib aidata blokeerida segadust tekitavaid ülekandeid.

MRI ohutus

Tsingisulamid ja -ühendid esinevad kõikjal alates meditsiinilistest tööriistadest kuni haiglate ehitusmaterjalideni.

Mittemagnetiline tsink ei põhjusta kujutamisartefakte ega häireid tugevate magnetresonantstomograafiate ümbruses. Seega sobib see ideaalselt MRI-ohutu seadme loomiseks!

Pidage meeles, et magnetresonantstomograaf kasutab massiivset 1,5+ Tesla magnetit. Terastööriistad tõmmatakse arsti käest välja. Samas kui tsinksulamitest valmistatud seadmed ei tekita mingeid ohutusprobleeme ega elektroonilisi häireid.

Seega võivad arstid kasutada tsingipõhiseid vahendeid ohutult tundlike pildistamisseadmete ümber. Kasulik täpsete kirurgiliste protseduuride tegemiseks, kui on kasutusel MRT!

Tsinkoksiid on ka koostisosa aktuaalsetes kreemides, mida on ohutu kasutada enne magnetresonantstomograafiat. Kuna seda ei tõmba ligi masina võimsad magnetmähised.

Niisiis, siin on paar nišši kasutusviisi, mis tuginevad sellele, et tsink EI reageeri magnetväljadele!

Kokkuvõte: Miks tsink EI ole magnetiline

Kuigi tsink näitab mõningaid veidraid füüsilisi omadusi, nagu näiteks vedelat tsinkmetalli tõrjumine, ei ole puhas tsink klassikalises mõttes magnetiline.

See on tingitud sellest, et tsink aatomitel ei ole paaritulematuid elektrone. Seega puudub igal tsink aatomil magnetiline moment, mida saaks välise väljaga joondada.

Teistel üleminekumetallidel, näiteks raual, on nende väliskooris paardumata elektronid. Seega võivad nende elektronid keerelda ja joonduda aatomite vahel, et tekitada ferromagnetismi.

Kuid tsink näitab ainult äärmiselt nõrka, ajutist indutseeritud magnetismi, mida nimetatakse diamagnetismiks.

Nii et kui te järgmine kord tahate oma külmkapile märkmeid või fotosid kleepida, ärge haarake selle läikiva penni järele! Tsinksüdamik ei reageeri magnetitele.

Võta selle asemel vanaaegne terasest kirjaklamber... nüüd on need ikka veel usaldusväärselt magnetilised!