Tabla de Contenidos
Substanțele diamagnetice sunt acelea care în loc să fie atrase de magneți sunt respinse de aceștia. În termeni tehnici , sunt toate acele substanțe care au o susceptibilitate magnetică negativă. Motivul pentru care aceste substanțe sunt respinse de câmpurile magnetice este că aceste câmpuri induc un curent în electronii care se rotesc în jurul nucleului fiecărui atom, care generează un câmp magnetic intern în direcția opusă câmpului extern. Efectul final este același ca atunci când doi magneți sunt apropiați de același pol: repulsie.
Diamagnetism vs Paramagnetism
Toate substanțele din univers au electroni, astfel încât toate pot genera diamagnetism. Cu toate acestea, nu toate sunt diamagnetice. Motivul din spatele acestui fapt este că diamagnetismul este un efect foarte slab și este ușor contracarat de orice moment magnetic permanent pe care îl posedă atomul. Astfel, atunci când un element are electroni nepereche care generează un câmp magnetic net, maschează diamagnetismul. Din acest motiv, materialul este atras de câmpurile magnetice și se numește paramagnetic.
În cazul substanțelor diamagnetice, pe de altă parte, nu există moment magnetic net în interiorul atomului, deoarece aceste substanțe au o configurație electronică fără electroni nepereche, și în care toate câmpurile magnetice generate de rotația fiecărui electron (spinul său). ) se anulează reciproc.
Mai simplu spus, paramagnetismul este motivul pentru care unele substanțe sunt atrase de magneți, în timp ce absența paramagnetismului este motivul pentru care unele substanțe nu sunt atrase de magneți; în cele din urmă, diamagnetismul este motivul pentru care acestea din urmă sunt respinse de magneți.
Cu excepția unor cazuri printre care se numără, în mod curios, cel mai diamagnetic element cunoscut (bismutul), determinarea configurației electronice a unui atom este suficientă pentru a ști dacă acesta va fi diamagnetic sau paramagnetic.
Configurația electronică a elementelor diamagnetice
În centrul diamagnetismului se află configurația electronică a atomilor. În acest sens, dacă vrei să știi dacă un element este sau nu diamagnetic, tot ce trebuie să faci este să îi stabilești configurația electronică pentru a vedea dacă are sau nu electroni nepereche. Dacă are, va fi paramagnetic (cu câteva excepții), dar dacă nu are electroni nepereche, va fi diamagnetic.
Configurația electronică reprezintă o viziune foarte simplificată a celor mai importante rezultate ale mecanicii cuantice, care stabilește că electronii din atomi sunt distribuiți pe nivele și subnivele și că în cadrul acestor subniveluri se află ceea ce sunt cunoscuți sub denumirea de orbitali atomici. În fiecare orbital atomic se potrivesc doar doi electroni, care trebuie să aibă spini opuși.
În configurația electronică, este indicat în ce nivel de energie, subnivel și orbital se află fiecare electron. Rotirea sa este reprezentată și de o săgeată în sus sau în jos. Doi electroni din același orbital trebuie să aibă spini opuși și se spune că sunt perechi.
Exemplu
Azotul are 7 electroni, deci configurația sa electronică, determinată după regulile mecanicii cuantice, este 1s 2 2s 2 2p 3 . Prin împărțirea acestor electroni în orbiti, arată astfel:
În această configurație electronică, săgețile reprezintă spinul fiecărui electron. După cum se poate observa, în orbitalii 1s și 2s electronii sunt perechi (formează o pereche cu spini opuși care se anulează). Aici se poate observa clar că un atom de azot izolat ar fi paramagnetic, deoarece ar poseda trei electroni nepereche. Cu toate acestea, în azotul molecular, cei doi atomi de azot împărtășesc trei electroni fiecare formând trei perechi de electroni perechi, făcând azotul o moleculă diamagnetică.
Exemple de elemente diamagnetice
Neon
Neonul este un gaz nobil și ceva ce caracterizează gazele nobile este că toate au o configurație electronică cu înveliș umplut în care învelișul lor de valență are toți orbitalii s și p ocupați complet și toți electronii lor perechi.
Configurația subshell electronică a neonului este 1s 2 2s 2 2p 6 . În orbitali ar fi:
După cum se poate observa, neonul (precum toate gazele nobile) este un element diamagnetic, deoarece nu are electroni nepereche.
Magneziu
Acest metal alcalino-pământos are un total de 12 electroni, deci configurația sa electronică este 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 . Deși învelișul său de valență nu este complet umplut, este un metal diamagnetic.
cation de sodiu
Sodiul metalic este un metal alcalin care are un electron nepereche într-un orbital s (deci este paramagnetic), cu toate acestea, atunci când pierde acel electron și devine cationul Na +, el devine o specie diamagnetică cu 10 electroni și configurația electronică a neonului . .
Anion clor
Ceva foarte asemănător cu ceea ce se întâmplă cu sodiul se întâmplă cu clorul, dar invers. În acest caz, atomul de clor neutru are 17 electroni, dintre care unul este nepereche. Cu toate acestea, acest halogen este ușor redus, captând un electron și umplând orbitalul 3p z pentru a deveni o specie diamagnetică cu configurația electronică a argonului.
Apa, lemnul și majoritatea compușilor organici
Majoritatea compușilor organici, precum și apa și mulți alți compuși anorganici sunt diamagnetici, deoarece își combină electronii în legături chimice într-un mod care își împerechează spinurile. Din acest motiv, majoritatea ființelor vii sunt diamagnetice. De fapt, aplicând un câmp magnetic suficient de puternic, poți chiar să levitați o broască.
supraconductori
Una dintre cele mai notabile caracteristici ale supraconductorilor este că nu au rezistență electrică și electronii lor se mișcă liber în interiorul lor. Din acest motiv, un câmp magnetic extern este capabil să inducă un curent intern, care generează un efect diamagnetic puternic care îi face să plutească deasupra magnetului.
Excepția de la regulă: Bismut
Este curios de știut că primul material diamagnetic care a fost descoperit și, de asemenea, cel mai diamagnetic element din întregul tabel periodic, are nu unul, nu doi, ci trei electroni nepereche , și totuși continuă să fie diamagnetic.
Dar de ce este considerat diamagnetic, în ciuda faptului că are un moment magnetic net datorită celor trei electroni neperechi? Acest lucru se datorează faptului că, în acest caz, diamagnetismul este capabil să depășească (și cu mult) paramagnetismul, astfel încât acest element este, de fapt, respins de câmpurile magnetice.
Referințe
Atkins, P., de la Paula J. (2014). Chimia fizică a lui Atkins. Oxford, Regatul Unit: Oxford University Press.
Chang, R. (2008). CHIMIE FIZICA. (ed. I). New York City, New York: McGraw Hill.
Pauling, L. (2021). Introducere în mecanica cuantică: cu aplicații în chimie (prima ediție). New York City, New York: McGraw-Hill.
Proprietăți magnetice ale solidelor (sf) Preluat de la http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Solids/magpr.html
González, JC, Osorio, A. și Bustamante, A. (2009). Susceptibilitatea magnetică a materialelor supraconductoare. Revista de cercetare în fizică , 12 (02), 6–14. https://doi.org/10.15381/rif.v12i02.8708