Är zink magnetiskt?

Zink är en praktisk metall som finns i allt från näringsrika livsmedel till bildelar. Men är zink magnetiskt? Det korta svaret är nej, zink är inte magnetiskt. Men det finns en del spännande vetenskap bakom varför denna vanliga metall inte fastnar på magneter.

Fortsätt läsa. Som yrkesverksam tillverkare av neodymmagneterkommer jag att leda dig till att få hela scoopet om zinks konstiga magnetiska egenskaper.

Är zink magnetiskt?

Nej, zink är inte magnetiskt eftersom det saknar oparade elektroner och uppvisar diamagnetiska egenskaper, som kännetecknas av en svag avstötning från magnetfält.

Varför zink inte är magnetiskt

Om man tittar på zinks elektronkonfiguration får man mer information om varför metallen saknar magnetism: [Ar] 3d10 4s2

Den viktiga delen är den fyllda inre 3d-orbital som rymmer 10 elektroner. Med 5 uppsättningar spinnparade elektroner upphäver zinks inre skal alla magnetiska moment som annars skulle uppstå. Och även om 4s-orbitalet innehåller två till synes oparade elektroner, kräver kvantmekaniken att de kopplas ihop till ett spinn-noll-par.

Så totalt sett är zinkatomernas elektroner parade och det finns inga oparade elektroner tillgängliga för att skapa ett magnetiskt moment. För att ett material ska kunna uppvisa magnetism måste det vanligtvis ha oparade elektroner, som kan rikta in sina spinn som svar på ett yttre magnetfält.

Det är därför zink faktiskt klassificeras av forskare som "diamagnetisk".

Vad är diamagnetism?

Diamagnetism är egenskapen att vara svagt frånstötande mot magnetfält.

Så om du placerar en stark magnet nära en zinkbit kommer zinken att röra sig bort från magneten.

Med det sagt är effekten mycket subtil. Och zink blir INTE magnetiserat i sig självt.

Diamagneter som zink skapar ett inducerat magnetfält i motsatt riktning till ett externt applicerat magnetfält. Detta orsakar repulsion mellan de två magnetfälten.

Men återigen, det inducerade fältet är extremt svagt och försvinner så snart det externa fältet tas bort.

Zink attraheras alltså inte av magneter som järn. Men det uppvisar en del intressant fysik när det interagerar med magnetfält.

När kan zink bli magnetiskt?

Okej, ren zink är icke-magnetisk. Men vad händer om det kombineras med andra material?

Det visar sig att det finns några få nischfall där zink uppvisar magnetliknande egenskaper:

1. Smält zinkmetall

Om man smälter metallisk zink och häller den i närheten av en stark magnet händer något mycket märkligt...

Den flytande zinkmetallen kommer subtilt att röra sig bort från magneten!

Vad är det som händer här?

Forskarna tror att när den smälta zinken flyter runt i magnetfältet genereras små elektriska strömmar.

Och dessa strömmar skapar faktiskt sitt eget lilla magnetfält i motsats till huvudmagneten. Så magneten stöter bort den flytande zinken.

Naturligtvis blir zinken i sig INTE magnetisk. Det är de elektriska strömmarna som orsakar repulsionen. Men det är fortfarande en snygg fysikdemonstration!

2. Zinkoxid

Zinkoxid är en oorganisk förening som bildas av zink- och syreatomer.

Det har en utbredd industriell användning, från plast till smink och mjällschampo.

Zinkoxid uppvisar också vissa begränsade magnetiska egenskaper om den tillverkas på rätt sätt.

När spårmängder av magnetiska föroreningar som järn, kobolt eller nickel tillförs kan zinkoxid bli svagt magnetisk.

Så medan ren zinkoxid är diamagnetisk, får orena partier med spårmetaller ferromagnetiska egenskaper.

Magnetismen beror i hög grad på koncentrationen och typen av de föroreningar som finns. Därför kommer olika partier att skilja sig åt och uppvisa olika egenskaper i ett magnetfält.

Varför blir järn magnetiskt men inte zink?

Eftersom vi har undersökt varför zink INTE fastnar på magneter, uppstår en naturlig fråga...

Hur kommer det sig att vissa metaller som järn ÄR starkt magnetiska?

Det visar sig att magnetism är resultatet av oparade elektroner som snurrar i ett material. Särskilt övergångsmetaller tenderar att vara de mest magnetiska.

Järn har till exempel FYRA oparade elektroner i sitt yttre skal!

Detta gör att stark magnetism kan uppstå när elektronerna riktar in sig mot ett yttre magnetfält. Dessa enskilda mikroskopiska magneter staplas sedan upp parallellt och multiplicerar effekten över miljarder atomer.

Järn kan alltså själv bli en stark permanentmagnet, vilket zink inte kan.

Nickel och kobolt har också två oparade elektroner och uppvisar ferromagnetism som järn.

Däremot har lättare grundämnen som zink helt fyllda elektronskal med alla elektroner lyckligt ihopkopplade. Så zinkatomer bidrar inte med något magnetiskt moment som kan ställas upp.

Det är därför zink endast uppvisar svag, tillfällig diamagnetism när det utsätts för andra magnetfält. Men det blir INTE magnetiskt av sig självt.

Förhoppningsvis kastar det lite ljus över varför zink trotsar magneter! Låt oss nu utforska några exempel från verkligheten...

Är zink magnetiskt i mynt och sedlar?

Pennies är ett perfekt vetenskapligt experiment för att testa zinks magnetism.

Här i USA består de pennies som tillverkats sedan 1983 av en zinkkärna som är belagd med en tunn kopparplätering.

Och eftersom både zink och koppar är diamagnetiska, attraheras dessa nyare pennies INTE av magneter.

Så om du tar en Lincoln-cent efter 1983 och försöker fästa den på en kylskåpsmagnet, kommer den inte att röra sig!

Nu till ett bonusexperiment...

Om du smälter ner några (100 eller färre) moderna pennies för att extrahera den råa zinken inuti, kan du återskapa den coola flytande zinkfysikdemonstrationen från tidigare!

Häll försiktigt din smälta zink nära en stark neodymmagnet, så kan du se den flytande metallen subtilt repelleras. Kom ihåg att det inte är zinken i sig som blir magnetisk. Det är bara elektriska strömmar som induceras i den rörliga metallen och som står i motsats till den externa magneten.

Där har du det definitiva beviset från amerikanska mynt - zink är icke-magnetiskt!

Förresten, 1-centsmyntet som präglats sedan 2002 består också av en stålkärna som är pläterad med koppar. Så europeiska mynt kommer att visa samma fysik.

Före 1983 var amerikanska pennies tillverkade av 95% koppar. Så äldre koppartunga centmynt kommer att vara svagt attraherade av magneter.

Verkliga användningsområden för zinks icke-magnetism

Okej, vidare till några praktiska tillämpningar. Varför spelar det någon roll i den verkliga världen att zink är omagnetiskt?

Här är två stora:

Elektromagnetisk avskärmning

Apparater som radioapparater, TV-apparater och mobiltelefoner producerar elektromagnetiska fält. Dessa EM-fält kan störa annan elektronik.

Det är där icke-magnetisk zink kommer väl till pass! Genom att införa ett lager av ledande zink skyddas känslig elektronik från elektromagnetiska signaler.

Zink blockerar och absorberar effektivt elektromagnetisk strålning tack vare de fria elektronerna i sin atomstruktur. De fria elektronerna sprider signalerna.

Så nästa gång din TV går i spinn när din mikrovågsugn är på, skyll på EM-störningar! En Faraday-sköld tillverkad av ledande metaller som zink kan hjälpa till att blockera förvirrande sändningar.

MRI-säkerhet

Zinklegeringar och zinkföreningar förekommer i allt från medicinska verktyg till byggnadsmaterial på sjukhus.

Icke-magnetisk zink orsakar inga bildartefakter eller störningar i närheten av starka magnetkameror. Så det är perfekt för att skapa MRI-säker utrustning!

Kom ihåg att en MRI-scanner använder en massiv magnet på 1,5+ Tesla. Stålverktyg skulle ryckas ur händerna på en läkare. Medan utrustning tillverkad av zinklegeringar inte orsakar några säkerhetsproblem eller elektroniska störningar.

Läkare kan alltså tryggt använda zinkbaserade verktyg i närheten av känslig bildutrustning. Till hjälp vid exakta kirurgiska ingrepp när en MR-apparat används!

Zinkoxid är också en ingrediens i topiska krämer som är säkra att applicera före en MR-undersökning. Eftersom det inte attraheras av maskinens kraftfulla magnetiska spolar.

Så där har du det ... ett par nischanvändningar som förlitar sig på att zink INTE reagerar på magnetfält!

Det man kan ta med sig: Varför zink INTE är magnetiskt

Medan zink uppvisar en del konstig fysik som att stöta bort flytande zinkmetall, är ren zink INTE magnetisk i klassisk mening.

Det beror på att zinkatomer inte har några oparade elektroner. Varje zinkatom har därför inget magnetiskt moment som gör att den kan riktas in i ett yttre fält.

Andra övergångsmetaller som järn har oparade elektroner i sitt yttre skal. Så deras elektroner KAN snurra och riktas in över atomer för att skapa ferromagnetism.

Men zink visar bara extremt svag, tillfällig inducerad magnetism som kallas diamagnetism.

Så nästa gång du vill fästa en lapp eller ett foto på kylskåpet ska du inte ta fram det glänsande myntet! Zinkkärnan reagerar inte på magneter.

Ta istället ett gammalt hederligt gem i stål ... nu är de fortfarande tillförlitligt magnetiska!