Mágneses-e a cink?

A cink egy praktikus fém, amely a tápláló élelmiszerektől kezdve az autóalkatrészekig mindenben megtalálható. De vajon a cink mágneses? A rövid válasz az, hogy nem, a cink nem mágneses. De van néhány érdekes tudomány mögött, hogy ez a közönséges fém miért nem tapad a mágnesekhez.

Olvasson tovább. Szakemberként neodímium mágnes gyártó, elvezetem Önt a cink furcsa mágneses tulajdonságainak teljes feltárásához.

Mágneses-e a cink?

Nem, a cink nem mágneses mivel nincsenek párosítatlan elektronjai, és diamágneses tulajdonságokkal rendelkezik, amelyeket a mágneses mezőkkel szembeni gyenge taszítás jellemez.

Miért nem mágneses a cink

A cink elektronkonfigurációjának vizsgálata részletesebb képet ad arról, hogy miért nincs mágnesessége a fémnek: [Ar] 3d10 4s2

A fontos rész a kitöltött belső 3d orbitális, amely 10 elektront tartalmaz. A cink belső héja az 5 spinpárosított elektronkészletével kioltja az egyébként fellépő mágneses mozzanatokat. És bár a 4s orbitális két látszólag párosítatlan elektront tartalmaz, a kvantummechanika megköveteli, hogy ezek egy spin-nulla párost alkossanak.

Tehát a cinkatomok elektronjai összességében párosítva vannak, és nincsenek olyan párosítatlan elektronok, amelyek mágneses mozzanatot hozhatnának létre. Ahhoz, hogy egy anyag mágnesességet mutasson, általában párosítatlan elektronokra van szükség, amelyek külső mágneses mező hatására össze tudják igazítani a spinjeiket.

Ezért a cinket a tudósok valójában a "diamágneses" kategóriába sorolják.

Mi az a gyémántmágnesség?

Diamagnetizmus az a tulajdonsága, hogy a mágneses mezők gyengén taszítják.

Ha tehát egy erős mágnest egy cinkdarab közelébe helyezünk, a cink finoman eltávolodik a mágnestől.

Ennek ellenére a hatás nagyon finom. És a cink maga NEM mágneseződik.

A cinkhez hasonló gyémántmágnesek a külsőleg alkalmazott mágneses mezővel ellentétes irányú indukált mágneses mezőt hoznak létre. Ez taszítást okoz a két mágneses mező között.

Az indukált mező azonban rendkívül gyenge, és eltűnik, amint a külső mezőt eltávolítják.

A cink tehát nem vonzódik a mágnesekhez, mint a vas. A mágneses mezőkkel való kölcsönhatásakor azonban érdekes fizikai tulajdonságokat mutat.

Mikor válhat a cink mágnesessé?

Oké, tehát a tiszta cink nem mágneses. De mi van, ha más anyagokkal kombináljuk?

Kiderült, hogy van néhány olyan speciális eset, amikor a cink mágnesszerű tulajdonságokkal rendelkezik:

1. Olvasztott cink fém

Ha fémes cinket megolvasztunk és erős mágnes közelébe öntjük, valami nagyon furcsa dolog történik...

A folyékony cink fém finoman távolodik a mágnestől!

Mi folyik itt?

Nos, a tudósok úgy vélik, hogy amikor az olvadt cink a mágneses mező körül áramlik, apró elektromos áram keletkezik.

És ezek az áramok valójában a főmágnessel szemben saját apró mágneses mezőt hoznak létre. Így a mágnes taszítja a folyékony cinket.

Természetesen maga a cink NEM válik mágnesessé. Az elektromos áram okozza a taszítást. De ettől még ez egy szép fizikai demonstráció!

2. Cink-oxid

A cink-oxid cink- és oxigénatomokból képződő szervetlen vegyület.

Széleskörű ipari felhasználása van a műanyagoktól a sminkeken át a korpásodás elleni samponig.

A cink-oxid korlátozott mágneses tulajdonságokkal is rendelkezik, ha megfelelő módon állítják elő.

Konkrétan, amikor nyomokban mágneses szennyeződések, például vas, kobalt vagy nikkel kerül a cink-oxidba, a cink-oxid gyengén mágnesessé válhat.

Míg tehát a tiszta cink-oxid diamágneses, a nyomokban fémeket tartalmazó tisztátalan tételek ferromágneses tulajdonságokat mutatnak.

A mágnesesség nagymértékben függ a jelen lévő szennyező anyagok koncentrációjától és típusától. Így a tételek különbözni fognak és eltérő tulajdonságokat mutatnak mágneses térben.

Miért lesz a vas mágneses, de a cink nem?

Mivel már feltártuk, hogy miért NEM tapad a cink a mágnesekhez, felmerül egy természetes kérdés...

Hogy lehet, hogy egyes fémek, mint például a vas, erősen mágnesesek?

Kiderült, hogy a mágnesesség az anyagban párosítatlanul forgó elektronokból ered. Különösen az átmeneti fémek a legmágnesesebbek.

A vasnak például NÉGY párosítatlan elektronja van a külső héjában!

Ez lehetővé teszi, hogy erős mágnesesség alakuljon ki, amikor az elektronok külső mágneses mezőhöz igazodnak. Ezek az egyedi mikroszkopikus mágnesek aztán párhuzamosan egymásra rakódnak, megsokszorozva a hatást több milliárd atomra.

A vas tehát maga is erős állandó mágnessé válhat, amire a cink nem képes.

A nikkel és a kobalt is két párosítatlan elektronnal rendelkezik, és a vashoz hasonlóan ferromágneses tulajdonságokkal rendelkezik.

Ezzel szemben a könnyebb elemek, mint például a cink, teljesen kitöltött elektronhéjakkal rendelkeznek, ahol minden elektron boldogan párosul. Tehát a cinkatomok nem járulnak hozzá SEMMILYEN mágneses momentumhoz, amely sorba állhatna.

Ezért van az, hogy a cink csak gyenge, átmeneti diamágnesességet mutat, amikor más mágneses mezőknek van kitéve. De magától NEM válik mágnesessé.

Remélhetőleg ez némi fényt derít arra, hogy a cink miért dacol a mágnesekkel! Most pedig vizsgáljunk meg néhány valós példát...

Mágneses-e a cink a fillérekben vagy érmékben?

A fillérek tökéletes otthoni tudományos kísérletet jelentenek a cink mágnesességének tesztelésére.

Itt az Egyesült Államokban az 1983 óta gyártott fillérek vékony rézbevonattal bevont cinkmagból állnak.

És mivel a cink és a réz egyaránt diamágneses, ezeket az újabb filléreket NEM vonzzák a mágnesek.

Ha tehát fogsz egy 1983 utáni Lincoln centet, és megpróbálod egy hűtőmágnesre ragasztani, nem fog elmozdulni!

Most egy bónusz kísérlet...

Ha beolvasztasz néhány (100 vagy kevesebb) modern fillért, hogy kivonhasd a benne lévő nyers cinket, akkor újra előállíthatod a korábban bemutatott menő folyékony cink fizikai demonstrációt!

Óvatosan öntsd az olvadt cinket egy erős neodímium mágnes közelébe, és láthatod, hogy a folyékony fém finoman taszítja. Ne feledje, nem maga a cink válik mágnesessé. Csak a mozgó fémben indukált elektromos áram, amely a külső mágnessel szemben áll.

Itt van tehát a végleges bizonyíték az amerikai pénzérmékből - a cink nem mágneses!

Egyébként a 2002 óta vert 1 centes euróérme is rézzel bevont acélmagból áll. Az európai érmék tehát ugyanazt a fizikát mutatják.

1983 előtt az amerikai fillérek 95% rézből készültek. Tehát a régebbi, rézzel nehezített centek gyengén vonzódnak a mágnesekhez.

A cink nem mágneses tulajdonságainak valós felhasználása

Oké, térjünk át néhány gyakorlati alkalmazásra. Miért fontos a való világban, hogy a cink nem mágneses?

Itt van két nagy:

Elektromágneses árnyékolás

Az olyan készülékek, mint a rádiók, televíziók és mobiltelefonok elektromágneses mezőket termelnek. Ezek az elektromágneses mezők zavarhatják más elektronikai eszközöket.

Itt jön jól a nem mágneses cink! A vezető cinkréteg bevezetése megvédi az érzékeny elektronikát a kóbor EM-jelektől.

A cink hatékonyan blokkolja és elnyeli az elektromágneses sugárzást az atomszerkezetében található szabad elektronoknak köszönhetően. A szabad elektronok szórják a jeleket.

Tehát legközelebb, ha a tévéje meghibásodik, amikor a mikrohullámú sütő be van kapcsolva, hibáztassa az EM interferenciát! Egy vezető fémekből, például cinkből készült Faraday-pajzs segíthet blokkolni a zavaró adásokat.

MRI biztonság

A cinkötvözetek és -vegyületek az orvosi szerszámoktól kezdve a kórházak építőanyagaiig mindenben megtalálhatók.

A nem mágneses cink nem okoz képalkotási leleteket vagy zavarokat az erős MRI-k körül. Így tökéletes az MRI-biztonságos berendezések létrehozásához!

Ne feledje, hogy az MRI-szkenner hatalmas, több mint 1,5 Tesla mágnest használ. Az acélszerszámokat kirántanák az orvos kezéből. Míg a cinkötvözetekből készült berendezések nem okoznak biztonsági problémákat vagy elektronikus zavarokat.

Így az orvosok biztonságosan használhatják a cinkalapú eszközöket az érzékeny képalkotó berendezések körül. Hasznos a precíz sebészeti beavatkozásokhoz, amikor MRI készüléket használnak!

A cink-oxid az MRI-vizsgálat előtt biztonságosan alkalmazható helyi krémek összetevője is. Mivel nem vonzzák a gép erős mágneses tekercsei.

Tehát itt van ez... egy pár hiánypótló felhasználási mód, amely a cink NEM reagál a mágneses mezőkre!

A tanulság: Miért nem mágneses a cink?

Bár a cink mutat néhány furcsa fizikai tulajdonságot, mint például a folyékony cinkfém taszítása, a tiszta cink a klasszikus értelemben NEM mágneses.

Ez azért van, mert a cinkatomoknak nincsenek párosítatlan elektronjaik. Így az egyes cinkatomok nem rendelkeznek mágneses mozzanattal, hogy külső mezőben igazodjanak egymáshoz.

Más átmeneti fémek, mint például a vas, rendelkeznek párosítatlan elektronokkal a külső héjukban. Így az elektronjaik foroghatnak és igazodhatnak az atomok között, hogy ferromágnesességet hozzanak létre.

A cink azonban csak rendkívül gyenge, átmeneti indukált mágnesességet, úgynevezett diamágnesességet mutat.

Tehát legközelebb, amikor egy üzenetet vagy fényképet akarsz a hűtőszekrényedre ragasztani, ne nyúlj a fényes fillérért! A cinkmag nem reagál a mágnesekre.

Ehelyett ragadj meg egy régimódi acél gemkapcsot... most azok még mindig megbízhatóan mágnesesek!