Non tutto il ferro è magnetico (elementi magnetici)

Ecco un elemento factoid per te: non tutto il ferro è magnetico. Il un' allotrope è magnetico, ma quando la temperatura aumenta in modo che il un' il modulo cambia in B forma, il magnetismo scompare anche se il reticolo non cambia.

Key Takeaways: non tutto il ferro è magnetico

• Molte persone pensano al ferro come a un materiale magnetico. Il ferro è ferromagnetico (attratto dai magneti), ma solo entro un certo intervallo di temperatura e altre condizioni specifiche.
• Il ferro è magnetico nella sua forma α. La forma α si verifica al di sotto di una temperatura speciale chiamata punto Curie, che è 770 ° C. Il ferro è paramagnetico al di sopra di questa temperatura e solo debolmente attratto da un campo magnetico.
• I materiali magnetici sono costituiti da atomi con gusci di elettroni parzialmente riempiti. Quindi, la maggior parte dei materiali magnetici sono metalli. Altri elementi magnetici includono nichel e cobalto.
• I metalli non magnetici (diamagnetici) includono rame, oro e argento.

Perché il ferro è magnetico (a volte)

Il ferromagnetismo è il meccanismo mediante il quale i materiali sono attratti dai magneti e formano magneti permanenti. La parola in realtà significa magnetismo ferro perché questo è l'esempio più familiare del fenomeno e quello che gli scienziati hanno studiato per primo. Il ferromagnetismo è una proprietà meccanica quantistica di un materiale. Dipende dalla sua microstruttura e dallo stato cristallino, che può essere influenzato dalla temperatura e dalla composizione.

La proprietà meccanica quantistica è determinata dal comportamento degli elettroni. In particolare, una sostanza ha bisogno di un momento di dipolo magnetico per essere un magnete, che proviene da atomi con gusci di elettroni parzialmente riempiti. Gli atomi riempiranno i gusci di elettroni non sono magnetici perché hanno un momento dipolo netto di zero. Il ferro e altri metalli di transizione hanno gusci di elettroni parzialmente riempiti, quindi alcuni di questi elementi e i loro composti sono magnetici. Negli atomi di elementi magnetici quasi tutti i dipoli si allineano al di sotto di una temperatura speciale chiamata punto di Curie. Per il ferro, il punto Curie si verifica a 770 ° C. Al di sotto di questa temperatura, il ferro è ferromagnetico (fortemente attratto da un magnete), ma al di sopra di esso il ferro cambia la sua struttura cristallina e diventa paramagnetico (solo debolmente attaccato a un magnete).

Altri elementi magnetici

Il ferro non è l'unico elemento che mostra magnetismo. Anche il nichel, il cobalto, il gadolinio, il terbio e il disprosio sono ferromagnetici. Come per il ferro, le proprietà magnetiche di questi elementi dipendono dalla loro struttura cristallina e dal fatto che il metallo si trovi al di sotto del suo punto di Curie. α-ferro, cobalto e nichel sono ferromagnetici, mentre γ-ferro, manganese e cromo sono antiferromagnetici. Il gas litio è magnetico se raffreddato al di sotto di 1 kelvin. In determinate condizioni, manganese, attinidi (ad es. Plutonio e nettunio) e rutenio sono ferromagnetici.

Mentre il magnetismo si verifica più spesso nei metalli, si verifica raramente anche nei non metalli. L'ossigeno liquido, ad esempio, potrebbe essere intrappolato tra i poli di un magnete! L'ossigeno ha elettroni spaiati che gli consentono di reagire a un magnete. Il boro è un altro non metallo che mostra un'attrazione paramagnetica maggiore della sua repulsione diamagnetica.

Acciaio magnetico e non magnetico

L'acciaio è una lega a base di ferro. La maggior parte delle forme di acciaio, compreso l'acciaio inossidabile, sono magnetiche. Esistono due grandi tipi di acciai inossidabili che presentano strutture reticolari di cristallo diverse tra loro. Gli acciai inossidabili ferritici sono leghe di ferro-cromo ferromagnetiche a temperatura ambiente. Mentre normalmente non smagnetizzato, l'acciaio ferritico si magnetizza in presenza di un campo magnetico e rimane magnetizzato per qualche tempo dopo la rimozione del magnete. Gli atomi di metallo in acciaio inossidabile ferritico sono disposti in un reticolo centrato sul corpo (cc). Gli acciai inossidabili austenitici tendono ad essere non magnetici. Questi acciai contengono atomi disposti in un reticolo cubico (fcc) centrato sulla faccia.

Il tipo più popolare di acciaio inossidabile, tipo 304, contiene ferro, cromo e nichel (ciascuno magnetico da solo). Tuttavia, gli atomi in questa lega di solito hanno la struttura reticolare fcc, risultante in una lega non magnetica. Il tipo 304 diventa parzialmente ferromagnetico se l'acciaio viene piegato a temperatura ambiente.

Metalli che non sono magnetici

Mentre alcuni metalli sono magnetici, la maggior parte no. Esempi chiave includono rame, oro, argento, piombo, alluminio, stagno, titanio, zinco e bismuto. Questi elementi e le loro leghe sono diamagnetici. Le leghe non magnetiche comprendono ottone e bronzo. Questi metalli respingono debolmente i magneti, ma di solito non abbastanza da rendere evidente l'effetto.

Il carbonio è un non metallo fortemente diamagnetico. In effetti, alcuni tipi di grafite respingono i magneti abbastanza forte da far levitare un forte magnete.

fonte

• Devine, Thomas. "Perché i magneti non funzionano su alcuni acciai inossidabili?" Scientific American.