Является ли цинк магнитным?

Цинк - удобный металл, содержащийся во всем, от питательных продуктов до деталей автомобиля. Но магнитится ли цинк? Короткий ответ таков Нет, цинк не магнитный. Но за тем, почему этот обычный металл не прилипает к магнитам, стоит интригующая наука.

Продолжайте читать. Как профессионал производитель неодимовых магнитовЯ расскажу вам о странных магнитных свойствах цинка.

Является ли цинк магнитным?

Нет, цинк не магнитный потому что в нем отсутствуют неспаренные электроны и он проявляет диамагнитные свойства, которые характеризуются слабым отталкиванием от магнитных полей.

Почему цинк не магнитный

Если посмотреть на электронную конфигурацию цинка, можно получить более подробную информацию о том, почему этот металл не обладает магнетизмом: [Ar] 3d10 4s2

Важной частью является заполненная внутренняя 3d-орбиталь, на которой находится 10 электронов. Благодаря 5 наборам электронов, спаренных по спину, внутренняя оболочка цинка нивелирует любые магнитные моменты, которые могли бы возникнуть в противном случае. И хотя орбиталь 4s содержит два, казалось бы, непарных электрона, квантовая механика требует, чтобы они объединились в спин-нулевую пару.

Таким образом, в целом электроны атомов цинка спарены, а неспаренные электроны для создания магнитного момента отсутствуют. Чтобы материал проявлял магнетизм, в нем, как правило, должны присутствовать неспаренные электроны, которые могут выравнивать свои спины в ответ на внешнее магнитное поле.

Вот почему цинк классифицируется учеными как "диамагнитный".

Что такое диамагнетизм?

Диамагнетизм это свойство слабо отталкиваться от магнитных полей.

Так, если поместить сильный магнит рядом с куском цинка, цинк будет незаметно отходить от магнита.

При этом эффект очень тонкий. И цинк сам по себе не намагничивается.

Диамагниты, такие как цинк, создают индуцированное магнитное поле в направлении, противоположном внешнему магнитному полю. Это вызывает отталкивание между двумя магнитными полями.

Но опять же, индуцированное поле очень слабое и исчезает, как только внешнее поле удаляется.

Поэтому цинк не притягивается к магнитам, как железо. Но он демонстрирует интересную физику при взаимодействии с магнитными полями.

Когда цинк может стать магнитным?

Итак, чистый цинк немагнитен. Но что, если его соединить с другими материалами?

Оказывается, существует несколько нишевых случаев, когда цинк проявляет магнитоподобные свойства:

1. Расплавленный металлический цинк

Если расплавить металлический цинк и поместить его вблизи сильного магнита, произойдет нечто очень странное...

Жидкий металлический цинк будет незаметно отходить от магнита!

Что здесь происходит?

Ученые считают, что когда расплавленный цинк обтекает магнитное поле, в нем возникают крошечные электрические токи.

И эти токи фактически создают свое собственное крошечное магнитное поле, противостоящее основному магниту. Таким образом, магнит отталкивает жидкий цинк.

Конечно, сам цинк НЕ становится магнитным. Отталкивание вызывают электрические токи. Но это все равно интересная демонстрация физики!

2. Оксид цинка

Оксид цинка - это неорганическое соединение, образованное из атомов цинка и кислорода.

Он находит широкое применение в промышленности - от пластмасс до косметики и шампуней от перхоти.

Оксид цинка также проявляет некоторые ограниченные магнитные свойства, если изготовлен правильным способом.

В частности, при попадании следовых количеств магнитных примесей, таких как железо, кобальт или никель, оксид цинка может стать слабомагнитным.

Так, если чистый оксид цинка диамагнитен, то нечистые партии, содержащие следы металлов, приобретают ферромагнитные свойства.

Магнитные свойства в значительной степени зависят от концентрации и типа присутствующих загрязняющих веществ. Поэтому партии будут отличаться и проявлять разные свойства под воздействием магнитного поля.

Почему железо становится магнитным, а цинк - нет?

Поскольку мы выяснили, почему цинк не прилипает к магнитам, возникает естественный вопрос...

Почему некоторые металлы, такие как железо, сильно магнитятся?

Оказывается, магнетизм возникает в результате вращения неспаренных электронов внутри материала. В частности, переходные металлы имеют тенденцию быть наиболее магнитными.

Например, железо имеет ЧЕТЫРЕ неспаренных электрона во внешней оболочке!

Это позволяет возникнуть сильному магнетизму, когда электроны выравниваются с внешним магнитным полем. Затем эти отдельные микроскопические магниты складываются параллельно, умножая эффект на миллиарды атомов.

Поэтому железо может само стать сильным постоянным магнитом, чего не может сделать цинк.

Никель и кобальт также имеют два неспаренных электрона и проявляют ферромагнетизм, как железо.

Напротив, у легких элементов, таких как цинк, электронные оболочки полностью заполнены, и все электроны счастливо спарены. Поэтому атомы цинка не вносят НИКАКОГО магнитного момента, который можно было бы выстроить в ряд.

Вот почему цинк проявляет лишь слабый, временный диамагнетизм при воздействии других магнитных полей. Но он НЕ становится магнитным сам по себе.

Надеемся, это пролило свет на то, почему цинк не поддается магнитам! А теперь давайте рассмотрим несколько реальных примеров...

Магнитится ли цинк в копейках или монетах?

Пенни - идеальный домашний научный эксперимент для проверки магнетизма цинка.

В США копейки, выпущенные с 1983 года, состоят из цинковой сердцевины, покрытой тонким медным напылением.

А поскольку и цинк, и медь диамагнитны, эти новые копейки НЕ притягиваются к магнитам.

Так что если вы возьмете цент Линкольна после 1983 года и попробуете приклеить его к магниту на холодильнике, он не сдвинется с места!

А теперь бонусный эксперимент...

Если вы расплавите несколько (100 или меньше) современных пенни, чтобы извлечь из них необработанный цинк, вы сможете воссоздать крутую демонстрацию физики жидкого цинка!

Осторожно налейте расплавленный цинк рядом с сильным неодимовым магнитом, и вы увидите, как жидкий металл слегка отталкивается. Помните, что магнитным становится не сам цинк. Это просто электрические токи, индуцированные в движущемся металле, которые противостоят внешнему магниту.

Вот вам и окончательное доказательство из американской чеканки - цинк немагнитен!

Кстати, монета 1 цент евро, чеканившаяся с 2002 года, также состоит из стального сердечника, покрытого медью. Так что европейские монеты будут демонстрировать ту же физику.

До 1983 года американские пенни изготавливались из меди 95%. Поэтому старые медно-тяжелые центы будут слабо притягиваться к магнитам.

Реальные способы использования немагнитных свойств цинка

Итак, перейдем к практическому применению. Почему в реальном мире важно, чтобы цинк был немагнитным?

Вот два основных:

Электромагнитное экранирование

Такие устройства, как радиоприемники, телевизоры и мобильные телефоны, создают электромагнитные поля. Эти электромагнитные поля могут создавать помехи для другой электроники.

Вот где пригодится немагнитный цинк! Внесение слоя проводящего цинка защищает чувствительную электронику от паразитных электромагнитных сигналов.

Цинк эффективно блокирует и поглощает электромагнитное излучение благодаря наличию свободных электронов в его атомной структуре. Свободные электроны рассеивают сигналы.

Так что в следующий раз, когда ваш телевизор будет выходить из строя при включении микроволновки, вините в этом электромагнитные помехи! Экран Фарадея из проводящих металлов, таких как цинк, поможет блокировать непонятные передачи.

Безопасность МРТ

Цинковые сплавы и соединения используются во всем - от медицинских инструментов до строительных материалов в больницах.

Немагнитный цинк не вызывает артефактов и помех при визуализации вблизи сильных магнитно-резонансных томографов. Поэтому он идеально подходит для создания оборудования, безопасного для МРТ!

Помните, что в МРТ-сканере используется мощный магнит в 1,5+ Тесла. Стальные инструменты вырвались бы из рук врача. В то время как оборудование, изготовленное из цинковых сплавов, не вызывает никаких проблем с безопасностью или электронными помехами.

Поэтому врачи могут безопасно использовать инструменты на основе цинка рядом с чувствительным оборудованием для визуализации. Полезно для точных хирургических операций, когда используется магнитно-резонансный томограф!

Оксид цинка также входит в состав кремов для местного применения, которые безопасно наносить перед прохождением МРТ. Поскольку он не притягивается мощными магнитными катушками аппарата.

Вот и все... пара нишевых применений, которые зависят от того, что цинк не реагирует на магнитные поля!

Вывод: Почему цинк НЕ магнитный

Хотя цинк демонстрирует некоторые странности в физике, например, отталкивание жидкого металлического цинка, чистый цинк НЕ является магнитом в классическом смысле этого слова.

Это происходит потому, что в атомах цинка нет неспаренных электронов. Поэтому каждый атом цинка не обладает магнитным моментом, чтобы выровняться во внешнем поле.

Другие переходные металлы, такие как железо, действительно имеют неспаренные электроны во внешней оболочке. Поэтому их электроны могут вращаться и выравниваться по атомам, создавая ферромагнетизм.

Но цинк проявляет лишь очень слабый, временно наведенный магнетизм, называемый диамагнетизмом.

Поэтому в следующий раз, когда вы захотите приклеить записку или фотографию на холодильник, не тянитесь за блестящей монеткой! Цинковая сердцевина не реагирует на магниты.

Вместо этого возьмите старую добрую стальную скрепку... теперь они по-прежнему надежно магнитятся!