Hier is een element factoid voor jou: niet alles ijzer is magnetisch. De een allotrope is magnetisch, maar wanneer de temperatuur stijgt, zodat de een vormwijzigingen in de b vorm, het magnetisme verdwijnt, ook al verandert het rooster niet.
Belangrijkste punten: niet al het ijzer is magnetisch
- De meeste mensen beschouwen ijzer als een magnetisch materiaal. IJzer is ferromagnetisch (aangetrokken door magneten), maar alleen binnen een bepaald temperatuurbereik en andere specifieke omstandigheden.
- IJzer is magnetisch in zijn α-vorm. De α-vorm komt voor onder een speciale temperatuur die het Curie-punt wordt genoemd, namelijk 770 ° C. IJzer is paramagnetisch boven deze temperatuur en wordt slechts zwak aangetrokken door een magnetisch veld.
- Magnetische materialen bestaan uit atomen met gedeeltelijk gevulde elektronenschillen. De meeste magnetische materialen zijn dus metalen. Andere magnetische elementen zijn onder meer nikkel en kobalt.
- Niet-magnetische (diamagnetische) metalen zijn onder meer koper, goud en zilver.
Waarom ijzer magnetisch is (soms)
Ferromagnetisme is het mechanisme waardoor materialen worden aangetrokken door magneten en permanente magneten vormen. Het woord betekent eigenlijk ijzermagnetisme omdat dat het bekendste voorbeeld is van het fenomeen en datgene wat wetenschappers voor het eerst bestudeerden. Ferromagnetisme is een kwantummechanische eigenschap van een materiaal. Het hangt af van zijn microstructuur en kristallijne toestand, die kan worden beïnvloed door temperatuur en samenstelling.
De kwantummechanische eigenschap wordt bepaald door het gedrag van elektronen. Concreet heeft een stof een magnetisch dipoolmoment nodig om een magneet te zijn, die afkomstig is van atomen met gedeeltelijk gevulde elektronenschillen. Met atomen gevulde elektronenschillen zijn niet magnetisch omdat ze een netto dipoolmoment van nul hebben. IJzer en andere overgangsmetalen hebben gedeeltelijk gevulde elektronenhulzen, dus sommige van deze elementen en hun verbindingen zijn magnetisch. In atomen van magnetische elementen komen bijna alle dipolen uit onder een speciale temperatuur die het Curiepunt wordt genoemd. Voor ijzer komt het Curie-punt voor bij 770 ° C. Onder deze temperatuur is ijzer ferromagnetisch (sterk aangetrokken tot een magneet), maar daarboven verandert het ijzer van kristalstructuur en wordt het paramagnetisch (slechts zwak aangetroffen op een magneet).
Andere magnetische elementen
IJzer is niet het enige element dat wordt weergegeven magnetisme. Nikkel, kobalt, gadolinium, terbium en dysprosium zijn ook ferromagnetisch. Net als bij ijzer zijn de magnetische eigenschappen van deze elementen afhankelijk van hun kristalstructuur en of het metaal zich onder zijn Curie-punt bevindt. α-ijzer, kobalt en nikkel zijn ferromagnetisch, terwijl γ-ijzer, mangaan en chroom antiferromagnetisch zijn. Lithiumgas is magnetisch wanneer het tot onder 1 kelvin wordt gekoeld. Onder bepaalde omstandigheden, mangaanzijn de actiniden (bijvoorbeeld plutonium en neptunium) en ruthenium ferromagnetisch.
Hoewel magnetisme het vaakst voorkomt in metalen, komt het ook zelden voor in niet-metalen. Zo kan er bijvoorbeeld vloeibare zuurstof tussen de polen van een magneet zitten! Zuurstof heeft ongepaarde elektronen, waardoor het op een magneet kan reageren. Boor is een ander niet-metaal dat wordt weergegeven paramagnetisch aantrekkingskracht groter dan zijn diamagnetische afstoting.
Magnetisch en niet-magnetisch staal
Staal is een legering op ijzerbasis. De meeste staalsoorten, waaronder roestvrij staal, zijn magnetisch. Er zijn twee brede soorten roestvrij staal die verschillende kristalroosterstructuren van elkaar vertonen. Ferritische roestvast staalsoorten zijn ijzer-chroomlegeringen die bij kamertemperatuur ferromagnetisch zijn. Hoewel ferritisch staal normaal gesproken niet gemagnetiseerd is, wordt het gemagnetiseerd in aanwezigheid van een magnetisch veld en blijft het enige tijd gemagnetiseerd nadat de magneet is verwijderd. De metaalatomen in ferritisch roestvrij staal zijn gerangschikt in een lichaamsgericht (bcc) rooster. Austenitisch roestvast staal is meestal niet-magnetisch. Deze staalsoorten bevatten atomen die in een vlakgecentreerd kubisch (fcc) rooster zijn gerangschikt.
Het meest populaire type roestvrij staal, type 304, bevat ijzer, chroom en nikkel (elk afzonderlijk magnetisch). Toch hebben atomen in deze legering meestal de fcc-roosterstructuur, wat resulteert in een niet-magnetische legering. Type 304 wordt gedeeltelijk ferromagnetisch als het staal bij kamertemperatuur wordt gebogen.
Metalen die niet magnetisch zijn
Sommige metalen zijn magnetisch, maar de meeste niet. Belangrijke voorbeelden zijn koper, goud, zilver, lood, aluminium, tin, titanium, zink en bismut. Deze elementen en hun legeringen zijn diamagnetisch. Niet-magnetische legeringen omvatten messing en bronzen. Deze metalen stoten magneten zwak af, maar meestal niet genoeg om het effect merkbaar te maken.
Koolstof is een sterk diamagnetisch niet-metaal. Sommige soorten grafiet stoten zelfs magneten sterk genoeg uit om een sterke magneet te laten zweven.
Bron
- Goddelijk, Thomas. "Waarom werken magneten niet op sommige soorten roestvrij staal?" Wetenschappelijke Amerikaan.