O zinco é magnético?

O zinco é um metal útil que se encontra em tudo, desde alimentos nutritivos a peças de automóveis. Mas será que o zinco é magnético? A resposta curta é não, o zinco não é magnético. Mas há uma ciência intrigante por detrás da razão pela qual este metal comum não adere aos ímanes.

Continue a ler. Como profissional fabricante de ímanes de neodímioSe não for o caso, vou levá-lo a conhecer todas as estranhas propriedades magnéticas do zinco.

O zinco é magnético?

Não, o zinco não é magnético porque não tem electrões não emparelhados e apresenta propriedades diamagnéticas, que se caracterizam por uma fraca repulsão de campos magnéticos.

Porque é que o zinco não é magnético

A configuração eletrónica do zinco fornece mais detalhes sobre a razão pela qual o metal não tem magnetismo: [Ar] 3d10 4s2

A parte importante é a orbital interna 3d preenchida que contém 10 electrões. Com 5 conjuntos de electrões com spin emparelhado, a camada interna do zinco cancela quaisquer momentos magnéticos que de outra forma poderiam surgir. E embora a orbital 4s contenha dois electrões aparentemente não emparelhados, a mecânica quântica exige que se emparelhem num par de spin zero.

Assim, no total, os electrões dos átomos de zinco estão emparelhados e não existem electrões não emparelhados disponíveis para criar um momento magnético. Para que um material exiba magnetismo, é normalmente necessário que tenha electrões não emparelhados, que podem alinhar os seus spins em resposta a um campo magnético externo.

É por isso que o zinco é classificado pelos cientistas como "diamagnético".

O que é o Diamagnetismo?

Diamagnetismo é a propriedade de ser fracamente repelido por campos magnéticos.

Assim, se colocarmos um íman forte perto de um pedaço de zinco, o zinco afastar-se-á subtilmente do íman.

Dito isto, o efeito é muito subtil. E o zinco NÃO fica magnetizado.

Diamagnetes como o zinco criam um campo magnético induzido na direção oposta a um campo magnético aplicado externamente. Isto causa repulsão entre os dois campos magnéticos.

Mas, mais uma vez, o campo induzido é extremamente fraco e desaparece assim que o campo externo é removido.

Assim, o zinco não é atraído por ímanes como o ferro. Mas apresenta uma física interessante quando interage com campos magnéticos.

Quando é que o zinco se pode tornar magnético?

Ok, então o zinco puro não é magnético. Mas e se for combinado com outros materiais?

Acontece que existem alguns casos específicos em que o zinco apresenta propriedades magnéticas:

1. Zinco metálico fundido

Se derretermos zinco metálico e o deitarmos perto de um íman forte, acontece algo muito estranho...

O zinco metálico líquido afastar-se-á subtilmente do íman!

O que é que se passa aqui?

Bem, os cientistas pensam que quando o zinco derretido flui à volta do campo magnético, são geradas pequenas correntes eléctricas.

E estas correntes criam, de facto, o seu próprio campo magnético minúsculo em oposição ao íman principal. Assim, o íman repele o zinco líquido.

É claro que o zinco em si NÃO está a tornar-se magnético. As correntes eléctricas causam a repulsão. Mas não deixa de ser uma demonstração de física muito gira!

2. Óxido de zinco

O óxido de zinco é um composto inorgânico formado por átomos de zinco e de oxigénio.

Tem utilizações industriais generalizadas, desde os plásticos à maquilhagem e ao champô contra a caspa.

O óxido de zinco também apresenta algumas propriedades magnéticas limitadas se for fabricado da forma correcta.

Especificamente, quando são introduzidas quantidades vestigiais de contaminantes magnéticos como o ferro, o cobalto ou o níquel, o óxido de zinco pode tornar-se fracamente magnético.

Assim, enquanto o óxido de zinco puro é diamagnético, os lotes impuros com vestígios de metais adquirem propriedades ferromagnéticas.

O magnetismo depende em grande medida da concentração e do tipo de contaminantes presentes. Assim, os lotes serão diferentes e apresentarão propriedades diferentes sob um campo magnético.

Porque é que o ferro se torna magnético mas o zinco não?

Uma vez que já explorámos a razão pela qual o zinco NÃO adere aos ímanes, surge uma questão natural...

Como é que alguns metais, como o ferro, SÃO fortemente magnéticos?

Acontece que o magnetismo resulta da rotação de electrões não emparelhados dentro de um material. Especificamente, os metais de transição tendem a ser os mais magnéticos.

Por exemplo, o ferro tem QUATRO electrões não emparelhados na sua camada exterior!

Isto permite o aparecimento de um forte magnetismo quando os electrões se alinham com um campo magnético externo. Estes ímanes microscópicos individuais empilham-se depois em paralelo, multiplicando o efeito por milhares de milhões de átomos.

Assim, o ferro pode tornar-se ele próprio um forte íman permanente, o que o zinco não pode fazer.

O níquel e o cobalto também têm dois electrões não emparelhados e apresentam ferromagnetismo como o ferro.

Em contraste, os elementos mais leves, como o zinco, têm as camadas electrónicas completamente preenchidas, com todos os electrões felizmente emparelhados. Assim, os átomos de zinco não contribuem com NENHUM momento magnético que possa ser alinhado.

É por isso que o zinco apresenta apenas um diamagnetismo fraco e temporário quando exposto a outros campos magnéticos. Mas NÃO se torna magnético por si só.

Esperemos que isto ajude a perceber porque é que o zinco desafia os ímanes! Agora vamos explorar alguns exemplos do mundo real...

O zinco é magnético nos cêntimos ou nas moedas?

As moedas são a experiência científica caseira perfeita para testar o magnetismo do zinco.

Nos Estados Unidos, as moedas produzidas desde 1983 são constituídas por um núcleo de zinco revestido por uma fina camada de cobre.

E como tanto o zinco como o cobre são diamagnéticos, estas novas moedas NÃO são atraídas por ímanes.

Por isso, se pegar num Lincoln cent pós-1983 e tentar colá-lo a um íman de frigorífico, ele não se mexerá!

Agora, uma experiência bónus...

Se derreteres algumas moedas modernas (100 ou menos) para extrair o zinco em bruto do seu interior, podes recriar a demonstração física do zinco líquido de há pouco!

Deite cuidadosamente o zinco fundido perto de um íman de neodímio forte e poderá ver o metal líquido a ser subtilmente repelido. Lembre-se, não é o zinco em si que se torna magnético. São apenas correntes eléctricas induzidas no metal em movimento que se opõem ao íman externo.

Aqui está a prova definitiva da cunhagem de moedas dos EUA - o zinco não é magnético!

A propósito, a moeda de 1 cêntimo de euro cunhada desde 2002 também é constituída por um núcleo de aço revestido a cobre. Por conseguinte, as moedas europeias apresentarão a mesma física.

Antes de 1983, os cêntimos americanos eram feitos de cobre 95%. Assim, os cêntimos mais antigos, com muito cobre, serão fracamente atraídos pelos ímanes.

Utilizações reais para o não-magnetismo do zinco

Muito bem, passemos a algumas aplicações práticas. Porque é que o facto de o zinco não ser magnético é importante no mundo real?

Eis dois grandes exemplos:

Blindagem electromagnética

Dispositivos como rádios, televisores e telemóveis produzem campos electromagnéticos. Estes campos electromagnéticos podem interferir com outros aparelhos electrónicos.

É aí que o zinco não magnético se torna útil! A introdução de uma camada de zinco condutor protege os componentes electrónicos sensíveis dos sinais electrónicos dispersos.

O zinco bloqueia e absorve eficazmente a radiação electromagnética graças aos electrões livres na sua estrutura atómica. Os electrões livres dispersam os sinais.

Por isso, da próxima vez que o seu televisor se avariar sempre que o micro-ondas estiver ligado, culpe as interferências electromagnéticas! Um escudo de Faraday feito de metais condutores como o zinco pode ajudar a bloquear transmissões confusas.

Segurança da RMN

As ligas e compostos de zinco estão presentes em tudo, desde ferramentas médicas a materiais de construção em hospitais.

O zinco não magnético não provoca artefactos de imagem ou perturbações em torno de fortes ressonâncias magnéticas. Por isso, é perfeito para criar equipamento seguro para RMN!

Lembrem-se que um aparelho de ressonância magnética utiliza um íman enorme de mais de 1,5 Tesla. As ferramentas de aço seriam arrancadas das mãos de um médico. Enquanto o equipamento fabricado com ligas de zinco não causa problemas de segurança nem perturbações electrónicas.

Assim, os médicos podem utilizar com segurança ferramentas à base de zinco perto de equipamentos de imagiologia sensíveis. Útil para procedimentos cirúrgicos precisos quando está a ser utilizada uma ressonância magnética!

O óxido de zinco é também um ingrediente de cremes tópicos que podem ser aplicados com segurança antes de um exame de ressonância magnética. Uma vez que não é atraído pelas potentes bobinas magnéticas da máquina.

Aqui tem... um par de utilizações de nicho que dependem do facto de o zinco NÃO reagir a campos magnéticos!

O que se pode aprender: Porque é que o zinco NÃO é magnético

Embora o zinco apresente algumas características físicas estranhas, como a repulsão do zinco metálico líquido, o zinco puro NÃO é magnético no sentido clássico.

Isto porque os átomos de zinco não têm electrões não emparelhados. Assim, cada átomo de zinco não apresenta um momento magnético para se alinhar num campo externo.

Outros metais de transição, como o ferro, têm electrões não emparelhados na sua camada exterior. Assim, os seus electrões PODEM girar e alinhar-se entre os átomos para criar ferromagnetismo.

Mas o zinco só apresenta um magnetismo induzido extremamente fraco e temporário, chamado diamagnetismo.

Por isso, da próxima vez que quiser colar uma nota ou uma fotografia no frigorífico, não pegue na moeda brilhante! O núcleo de zinco não reage aos ímanes.

Em vez disso, pegue num clipe de aço à moda antiga... esses ainda são magnéticos de forma fiável!