Le zinc est-il magnétique ?

Le zinc est un métal pratique que l'on retrouve dans tous les produits, des aliments nutritifs aux pièces automobiles. Mais le zinc est-il magnétique ? La réponse courte est non, le zinc n'est pas magnétique. Mais la raison pour laquelle ce métal commun n'adhère pas aux aimants relève d'une science intrigante.

Poursuivez votre lecture. En tant que professionnel fabricant d'aimants en néodymeJe vais vous aider à découvrir les étranges propriétés magnétiques du zinc.

Le zinc est-il magnétique ?

Non, le zinc n'est pas magnétique parce qu'il n'a pas d'électrons non appariés et présente des propriétés diamagnétiques, qui se caractérisent par une faible répulsion des champs magnétiques.

Pourquoi le zinc n'est pas magnétique

L'examen de la configuration électronique du zinc permet de mieux comprendre pourquoi ce métal est dépourvu de magnétisme : [Ar] 3d10 4s2

La partie importante est l'orbitale 3d interne remplie qui contient 10 électrons. Avec 5 groupes d'électrons appariés, l'enveloppe interne du zinc annule tout moment magnétique qui pourrait survenir. Bien que l'orbitale 4s contienne deux électrons apparemment non appariés, la mécanique quantique exige qu'ils forment une paire de spin nul.

Au total, les électrons des atomes de zinc sont donc appariés et il n'y a pas d'électrons non appariés disponibles pour créer un moment magnétique. Pour qu'un matériau présente du magnétisme, il doit généralement avoir des électrons non appariés, qui peuvent aligner leurs spins en réponse à un champ magnétique externe.

C'est pourquoi les scientifiques classent le zinc dans la catégorie "diamagnétique".

Qu'est-ce que le diamagnétisme ?

Diamagnétisme est la propriété d'être faiblement repoussé par les champs magnétiques.

Ainsi, si vous placez un aimant puissant près d'un morceau de zinc, le zinc s'éloignera subtilement de l'aimant.

Cela dit, l'effet est très subtil. Et le zinc ne se magnétise PAS lui-même.

Les diamagnétiques comme le zinc créent un champ magnétique induit dans la direction opposée à un champ magnétique appliqué de l'extérieur. Cela entraîne une répulsion entre les deux champs magnétiques.

Mais là encore, le champ induit est extrêmement faible et disparaît dès que le champ externe est supprimé.

Le zinc n'est donc pas attiré par les aimants comme le fer. Mais il présente des caractéristiques physiques intéressantes lorsqu'il interagit avec des champs magnétiques.

Quand le zinc peut-il devenir magnétique ?

Le zinc pur n'est pas magnétique. Mais qu'en est-il s'il est combiné à d'autres matériaux ?

Il s'avère qu'il existe quelques cas particuliers où le zinc présente des propriétés magnétiques :

1. Zinc métal fondu

Si vous faites fondre du zinc métallique et que vous le placez à proximité d'un aimant puissant, il se produit quelque chose de très étrange...

Le zinc liquide s'éloigne subtilement de l'aimant !

Que se passe-t-il ici ?

Les scientifiques pensent que lorsque le zinc fondu s'écoule autour du champ magnétique, de minuscules courants électriques sont générés.

Et ces courants créent en fait leur propre petit champ magnétique en opposition à l'aimant principal. L'aimant repousse donc le zinc liquide.

Bien entendu, le zinc lui-même ne devient PAS magnétique. Ce sont les courants électriques qui provoquent la répulsion. Mais c'est tout de même une belle démonstration de physique !

2. Oxyde de zinc

L'oxyde de zinc est un composé inorganique formé d'atomes de zinc et d'oxygène.

Il est largement utilisé dans l'industrie, des plastiques au maquillage en passant par les shampooings antipelliculaires.

L'oxyde de zinc présente également des propriétés magnétiques limitées s'il est fabriqué de la bonne manière.

Plus précisément, lorsque des traces de contaminants magnétiques tels que le fer, le cobalt ou le nickel sont introduites, l'oxyde de zinc peut devenir faiblement magnétique.

Ainsi, alors que l'oxyde de zinc pur est diamagnétique, les lots impurs contenant des traces de métaux acquièrent des propriétés ferromagnétiques.

Le magnétisme dépend fortement de la concentration et du type de contaminants présents. Les lots diffèrent donc et présentent des propriétés différentes sous un champ magnétique.

Pourquoi le fer devient-il magnétique, mais pas le zinc ?

Puisque nous avons exploré les raisons pour lesquelles le zinc ne colle pas aux aimants, une question naturelle se pose...

Comment se fait-il que certains métaux, comme le fer, soient fortement magnétiques ?

Il s'avère que le magnétisme résulte de la rotation d'électrons non appariés dans un matériau. Plus précisément, les métaux de transition ont tendance à être les plus magnétiques.

Par exemple, le fer possède QUATRE électrons non appariés dans son enveloppe extérieure !

Cela permet d'obtenir un magnétisme puissant lorsque les électrons s'alignent sur un champ magnétique externe. Ces aimants microscopiques individuels s'empilent ensuite en parallèle, multipliant l'effet sur des milliards d'atomes.

Le fer peut donc devenir lui-même un aimant permanent puissant, ce qui n'est pas le cas du zinc.

Le nickel et le cobalt possèdent également deux électrons non appariés et présentent un ferromagnétisme comme le fer.

En revanche, les éléments plus légers comme le zinc ont des enveloppes électroniques complètement remplies, avec tous les électrons joyeusement appariés. Les atomes de zinc ne contribuent donc à AUCUN moment magnétique susceptible de s'aligner.

C'est pourquoi le zinc ne présente qu'un faible diamagnétisme temporaire lorsqu'il est exposé à d'autres champs magnétiques. Mais il ne devient PAS magnétique de lui-même.

Espérons que cela nous éclaire sur les raisons pour lesquelles le zinc défie les aimants ! Explorons maintenant quelques exemples concrets...

Le zinc est-il magnétique dans les pièces de monnaie ?

Les pièces de monnaie constituent une expérience scientifique à domicile idéale pour tester le magnétisme du zinc.

Aux États-Unis, les pièces produites depuis 1983 sont constituées d'un noyau de zinc recouvert d'une fine couche de cuivre.

Et comme le zinc et le cuivre sont tous deux diamagnétiques, ces nouveaux pennies ne sont PAS attirés par les aimants.

Ainsi, si vous prenez un Lincoln cent postérieur à 1983 et que vous essayez de le coller sur un aimant de réfrigérateur, il ne bougera pas !

Voici maintenant une expérience bonus...

Si vous faites fondre quelques pièces de monnaie modernes (100 ou moins) pour en extraire le zinc brut, vous pouvez recréer la démonstration de physique du zinc liquide dont nous avons parlé plus haut !

Versez avec précaution votre zinc fondu à proximité d'un aimant néodyme puissant, et vous verrez peut-être le métal liquide subtilement repoussé. Rappelez-vous que ce n'est pas le zinc lui-même qui devient magnétique. Il s'agit simplement de courants électriques induits dans le métal en mouvement qui s'opposent à l'aimant externe.

Voilà donc une preuve irréfutable, tirée des pièces de monnaie américaines, que le zinc n'est pas magnétique !

Par ailleurs, la pièce de 1 cent en euros frappée depuis 2002 est également constituée d'un noyau d'acier plaqué de cuivre. Les pièces européennes présenteront donc les mêmes caractéristiques physiques.

Avant 1983, les pennies américains étaient fabriqués en cuivre 95%. Les anciens pennies à forte teneur en cuivre seront donc faiblement attirés par les aimants.

Utilisations concrètes du non-magnétisme du zinc

Passons maintenant aux applications pratiques. En quoi le fait que le zinc ne soit pas magnétique est-il important dans le monde réel ?

En voici deux importantes :

Blindage électromagnétique

Les appareils tels que les radios, les téléviseurs et les téléphones portables produisent des champs électromagnétiques. Ces champs électromagnétiques peuvent interférer avec d'autres appareils électroniques.

C'est là que le zinc non magnétique s'avère utile ! L'introduction d'une couche de zinc conducteur protège les composants électroniques sensibles des signaux électromagnétiques parasites.

Le zinc bloque et absorbe efficacement les rayonnements électromagnétiques grâce aux électrons libres de sa structure atomique. Les électrons libres diffusent les signaux.

La prochaine fois que votre téléviseur se détraque lorsque votre four à micro-ondes est allumé, accusez les interférences électromagnétiques ! Un bouclier de Faraday composé de métaux conducteurs comme le zinc peut aider à bloquer les transmissions parasites.

Sécurité de l'IRM

Les alliages et les composés de zinc sont présents dans tous les domaines, des outils médicaux aux matériaux de construction des hôpitaux.

Le zinc non magnétique ne provoque pas d'artefacts d'imagerie ni de perturbations autour des IRM puissants. Il est donc parfait pour créer des équipements sûrs pour l'IRM !

N'oubliez pas qu'un scanner IRM utilise un aimant massif de plus de 1,5 Tesla. Les outils en acier seraient arrachés des mains d'un médecin. En revanche, les équipements fabriqués avec des alliages de zinc ne posent aucun problème de sécurité et ne provoquent aucune perturbation électronique.

Les médecins peuvent donc utiliser en toute sécurité des outils à base de zinc à proximité d'équipements d'imagerie sensibles. Utile pour des interventions chirurgicales précises lorsqu'un IRM est en cours d'utilisation !

L'oxyde de zinc est également un ingrédient des crèmes topiques que l'on peut appliquer sans danger avant de passer une IRM. En effet, il n'est pas attiré par les puissantes bobines magnétiques de l'appareil.

Voilà donc quelques utilisations de niche qui reposent sur le fait que le zinc ne réagit pas aux champs magnétiques !

A retenir : Pourquoi le zinc n'est PAS magnétique

Bien que le zinc présente des caractéristiques physiques bizarres, comme la répulsion du zinc métal liquide, le zinc pur n'est PAS magnétique au sens classique du terme.

En effet, les atomes de zinc n'ont pas d'électrons non appariés. Chaque atome de zinc ne présente donc aucun moment magnétique pour s'aligner dans un champ extérieur.

D'autres métaux de transition, comme le fer, ont des électrons non appariés dans leur enveloppe externe. Leurs électrons PEUVENT donc tourner et s'aligner entre les atomes pour créer le ferromagnétisme.

Mais le zinc ne présente qu'un magnétisme induit extrêmement faible et temporaire, appelé diamagnétisme.

Ainsi, la prochaine fois que vous voudrez coller une note ou une photo sur votre réfrigérateur, ne prenez pas cette pièce de monnaie brillante ! Le noyau de zinc ne réagit pas aux aimants.

Prenez plutôt un bon vieux trombone en acier... ils sont toujours aussi magnétiques !