Lo zinco è magnetico?

Lo zinco è un metallo utile che si trova in qualsiasi cosa, dagli alimenti nutrienti ai componenti delle automobili. Ma lo zinco è magnetico? La risposta breve è no, lo zinco non è magnetico. Ma c'è una scienza intrigante che spiega perché questo metallo comune non si attacca ai magneti.

Continua a leggere. Come professionista produttore di magneti al neodimiovi condurrò a scoprire le strane proprietà magnetiche dello zinco.

Lo zinco è magnetico?

No, lo zinco non è magnetico perché manca di elettroni spaiati e presenta proprietà diamagnetiche, caratterizzate da una debole repulsione dai campi magnetici.

Perché lo zinco non è magnetico

L'analisi della configurazione elettronica dello zinco fornisce maggiori dettagli sul motivo per cui il metallo manca di magnetismo: [Ar] 3d10 4s2

La parte importante è l'orbitale interno 3d pieno, che contiene 10 elettroni. Con 5 serie di elettroni con spin accoppiato, il guscio interno dello zinco annulla qualsiasi momento magnetico che altrimenti si verificherebbe. Inoltre, mentre l'orbitale 4s contiene due elettroni apparentemente non accoppiati, la meccanica quantistica richiede che essi si accoppino in una coppia a spin zero.

In totale, quindi, gli elettroni degli atomi di zinco sono appaiati e non ci sono elettroni spaiati disponibili per creare un momento magnetico. Affinché un materiale mostri magnetismo, è necessario che abbia elettroni non appaiati, che possono allineare i loro spin in risposta a un campo magnetico esterno.

Ecco perché lo zinco viene classificato dagli scienziati come "diamagnetico".

Che cos'è il diamagnetismo?

Diamagnetismo è la proprietà di essere debolmente respinti dai campi magnetici.

Quindi, se si posiziona un forte magnete vicino a un pezzo di zinco, lo zinco si allontanerà sottilmente dal magnete.

Detto questo, l'effetto è molto sottile. E lo zinco NON si magnetizza da solo.

I diamagneti come lo zinco creano un campo magnetico indotto nella direzione opposta a un campo magnetico applicato esternamente. Questo provoca una repulsione tra i due campi magnetici.

Ma anche in questo caso il campo indotto è estremamente debole e scompare non appena il campo esterno viene rimosso.

Quindi lo zinco non è attratto dai magneti come il ferro. Ma mostra alcune caratteristiche fisiche interessanti quando interagisce con i campi magnetici.

Quando lo zinco può diventare magnetico?

Ok, lo zinco puro non è magnetico. Ma cosa succede se viene combinato con altri materiali?

È emerso che esistono alcuni casi di nicchia in cui lo zinco presenta proprietà simili a quelle dei magneti:

1. Zinco metallico fuso

Se si fonde lo zinco metallico e lo si versa vicino a un forte magnete, succede qualcosa di molto strano...

Lo zinco metallico liquido si allontana leggermente dal magnete!

Cosa sta succedendo qui?

Gli scienziati ritengono che, quando lo zinco fuso scorre intorno al campo magnetico, si generano minuscole correnti elettriche.

Queste correnti creano un piccolo campo magnetico proprio in opposizione al magnete principale. Così il magnete respinge lo zinco liquido.

Naturalmente, lo zinco stesso NON diventa magnetico. Le correnti elettriche causano la repulsione. Ma è comunque una bella dimostrazione di fisica!

2. Ossido di zinco

L'ossido di zinco è un composto inorganico formato da atomi di zinco e ossigeno.

Ha un uso industriale diffuso, dalla plastica al trucco allo shampoo antiforfora.

Anche l'ossido di zinco mostra alcune limitate proprietà magnetiche, se prodotto nel modo giusto.

In particolare, quando vengono introdotte tracce di contaminanti magnetici come ferro, cobalto o nichel, l'ossido di zinco può diventare debolmente magnetico.

Così, mentre l'ossido di zinco puro è diamagnetico, i lotti impuri con tracce di metalli assumono proprietà ferromagnetiche.

Il magnetismo dipende fortemente dalla concentrazione e dal tipo di contaminanti presenti. Pertanto, i lotti differiscono e mostrano proprietà diverse sotto un campo magnetico.

Perché il ferro diventa magnetico ma non lo zinco?

Dal momento che abbiamo esplorato il motivo per cui lo zinco non si attacca ai magneti, sorge spontanea una domanda...

Come mai alcuni metalli come il ferro SONO fortemente magnetici?

Si è scoperto che il magnetismo deriva dagli elettroni spaiati che ruotano all'interno di un materiale. In particolare, i metalli di transizione tendono a essere i più magnetici.

Per esempio, il ferro ha QUATTRO elettroni spaiati nel suo guscio esterno!

In questo modo, quando gli elettroni si allineano a un campo magnetico esterno, emerge un forte magnetismo. Questi singoli magneti microscopici si impilano in parallelo, moltiplicando l'effetto su miliardi di atomi.

Quindi il ferro può diventare esso stesso un forte magnete permanente, cosa che lo zinco non può fare.

Anche il nichel e il cobalto hanno due elettroni spaiati e mostrano ferromagnetismo come il ferro.

Al contrario, gli elementi più leggeri come lo zinco hanno gusci elettronici completamente pieni, con tutti gli elettroni felicemente appaiati. Quindi gli atomi di zinco non contribuiscono ad alcun momento magnetico che possa allinearsi.

Ecco perché lo zinco mostra solo un debole e temporaneo diamagnetismo quando è esposto ad altri campi magnetici. Ma NON diventa magnetico da solo.

Speriamo che questo chiarisca perché lo zinco sfida i magneti! Ora esploriamo alcuni esempi reali...

Lo zinco è magnetico nei penny o nelle monete?

Le monetine sono un esperimento scientifico perfetto per testare il magnetismo dello zinco.

Negli Stati Uniti, i penny prodotti dal 1983 sono costituiti da un nucleo di zinco rivestito da una sottile placcatura di rame.

E poiché sia lo zinco che il rame sono diamagnetici, questi nuovi penny NON sono attratti dai magneti.

Quindi, se si prende un centesimo Lincoln post-1983 e si prova ad attaccarlo a un magnete da frigo, non si muoverà!

Ora un esperimento bonus...

Se si fondono alcune monetine moderne (100 o meno) per estrarre lo zinco grezzo all'interno, si può ricreare la dimostrazione di fisica dello zinco liquido di prima!

Se si versa con cautela lo zinco fuso vicino a un forte magnete al neodimio, si può notare una sottile repulsione del metallo liquido. Ricordate che non è lo zinco stesso a diventare magnetico. Sono solo le correnti elettriche indotte nel metallo in movimento che si oppongono al magnete esterno.

Ecco quindi la prova definitiva, tratta dalle monete statunitensi: lo zinco non è magnetico!

Tra l'altro, anche la moneta da 1 centesimo in euro coniata dal 2002 è costituita da un'anima in acciaio placcata in rame. Quindi le monete europee presenteranno la stessa fisica.

Prima del 1983, i penny americani erano realizzati in rame 95%. Quindi i vecchi centesimi in rame saranno debolmente attratti dai magneti.

Gli usi reali del non magnetismo dello zinco

Bene, passiamo ad alcune applicazioni pratiche. Perché nel mondo reale è importante che lo zinco non sia magnetico?

Eccone due importanti:

Schermatura elettromagnetica

Dispositivi come radio, TV e telefoni cellulari producono campi elettromagnetici. Questi campi EM possono interferire con altri dispositivi elettronici.

È qui che lo zinco amagnetico si rivela utile! L'introduzione di uno strato di zinco conduttivo protegge l'elettronica sensibile dai segnali EM vaganti.

Lo zinco blocca e assorbe efficacemente le radiazioni elettromagnetiche grazie agli elettroni liberi presenti nella sua struttura atomica. Gli elettroni liberi disperdono i segnali.

La prossima volta che il vostro televisore va in tilt quando il microonde è acceso, date la colpa alle interferenze EM! Uno scudo di Faraday fatto di metalli conduttivi come lo zinco può aiutare a bloccare le trasmissioni confuse.

Sicurezza della risonanza magnetica

Le leghe e i composti di zinco sono presenti in tutti i settori, dagli strumenti medici ai materiali da costruzione degli ospedali.

Lo zinco amagnetico non provoca artefatti o disturbi di imaging in presenza di forti risonanze magnetiche. È quindi perfetto per creare apparecchiature sicure per la risonanza magnetica!

Ricordate che uno scanner per risonanza magnetica utilizza un enorme magnete da oltre 1,5 Tesla. Gli strumenti in acciaio verrebbero strappati dalle mani di un medico. Mentre le apparecchiature realizzate con leghe di zinco non causano problemi di sicurezza o disturbi elettronici.

I medici possono quindi utilizzare in tutta sicurezza strumenti a base di zinco in prossimità di apparecchiature di imaging sensibili. Utile per interventi chirurgici precisi quando è in uso una risonanza magnetica!

L'ossido di zinco è anche un ingrediente delle creme topiche che si possono applicare prima di sottoporsi a una risonanza magnetica. Poiché non viene attratto dalle potenti bobine magnetiche della macchina.

Ecco quindi un paio di usi di nicchia che si basano sul fatto che lo zinco non reagisce ai campi magnetici!

Il risultato: Perché lo zinco non è magnetico

Sebbene lo zinco mostri alcune stranezze fisiche, come la repulsione dello zinco metallico liquido, lo zinco puro NON è magnetico nel senso classico del termine.

Questo perché gli atomi di zinco non hanno elettroni spaiati. Quindi ogni atomo di zinco non presenta alcun momento magnetico per allinearsi a un campo esterno.

Altri metalli di transizione, come il ferro, hanno elettroni spaiati nel loro guscio esterno. Quindi i loro elettroni possono ruotare e allinearsi tra gli atomi per creare ferromagnetismo.

Ma lo zinco mostra solo un magnetismo indotto estremamente debole e temporaneo, chiamato diamagnetismo.

Quindi, la prossima volta che vorrete attaccare una nota o una foto sul frigorifero, non prendete quel penny luccicante! Il nucleo di zinco non reagisce ai magneti.

Invece, prendete una graffetta d'acciaio vecchio stile... quelle sì che sono ancora affidabili e magnetiche!