Tabla de Contenidos
Diamagnetiska ämnen är de som istället för att attraheras av magneter stöts bort av dem. I tekniska termer är de alla de ämnen som har en negativ magnetisk känslighet. Anledningen till att dessa ämnen stöts bort av magnetfält är att dessa fält inducerar en ström i elektronerna som kretsar runt kärnan i varje atom, vilket genererar ett inre magnetfält i motsatt riktning mot det yttre fältet. Den slutliga effekten är densamma som när två magneter närmas av samma pol: repulsion.
Diamagnetism vs. Paramagnetism
Alla ämnen i universum har elektroner, så de kan alla generera diamagnetism. Men alla är inte diamagnetiska. Anledningen till detta faktum är att diamagnetism är en mycket svag effekt, och den motverkas lätt av varje permanent magnetiskt moment som atomen har. Således, när ett element har oparade elektroner som genererar ett nettomagnetfält, maskerar det diamagnetism. Av denna anledning attraheras materialet av magnetfält och kallas paramagnetiskt.
När det gäller diamagnetiska ämnen, å andra sidan, finns det inget nettomagnetiskt moment inuti atomen, eftersom dessa ämnen har en elektronisk konfiguration utan oparade elektroner, och där alla magnetfält som genereras av rotationen av varje elektron (dess spinn) ) avbryta varandra.
Enkelt uttryckt är paramagnetism orsaken till att vissa ämnen attraheras av magneter, medan frånvaron av paramagnetism är anledningen till att vissa ämnen inte attraheras av magneter; slutligen är diamagnetism anledningen till att de senare stöts bort av magneter.
Med undantag för vissa fall, bland vilka, konstigt nog, är det mest kända diamagnetiska elementet (vismut), räcker det att bestämma den elektroniska konfigurationen av en atom för att veta om den kommer att vara diamagnetisk eller paramagnetisk.
Den elektroniska konfigurationen av diamagnetiska element
I hjärtat av diamagnetism är den elektroniska konfigurationen av atomer. I denna mening, om du vill veta om ett element är diamagnetiskt eller inte, allt du behöver göra är att bestämma dess elektroniska konfiguration för att se om det har oparade elektroner eller inte. Om den gör det kommer den att vara paramagnetisk (med vissa undantag), men om den inte har några oparade elektroner blir den diamagnetisk.
Den elektroniska konfigurationen representerar en mycket förenklad vision av kvantmekanikens viktigaste resultat, som slår fast att elektronerna i atomerna är fördelade i nivåer och undernivåer, och att inom dessa undernivåer finns det som kallas atomorbitaler. . Inom varje atomomloppsbana passar bara två elektroner, som måste ha motsatta snurr.
I den elektroniska konfigurationen anges i vilken energinivå, subnivå och orbital varje elektron är belägen. Dess spin representeras också av en upp- eller nedpil. Två elektroner i samma orbital måste ha motsatta snurr och sägs vara parade.
Exempel
Kväve har 7 elektroner, så dess elektroniska konfiguration, bestämd enligt kvantmekanikens regler, är 1s 2 2s 2 2p 3 . Genom att dela upp dessa elektroner i orbitaler ser det ut så här:
I denna elektroniska konfiguration representerar pilarna snurran för varje elektron. Som man kan se, i 1s och 2s orbitaler är elektronerna parade (de bildar ett par med motsatta snurr som avbryter). Här kan man tydligt se att en isolerad kväveatom skulle vara paramagnetisk, eftersom den skulle ha tre oparade elektroner. Men i molekylärt kväve delar de två kväveatomerna tre elektroner som var och en bildar tre parade elektronpar, vilket gör kväve till en diamagnetisk molekyl.
Exempel på diamagnetiska element
Neon
Neon är en ädelgas, och något som kännetecknar ädelgaser är att de alla har en elektronisk konfiguration med fyllt skal där deras valensskal har alla s- och p-orbitaler fullt upptagna och alla deras parade elektroner.
Den elektroniska subshell-konfigurationen för neon är 1s 2 2s 2 2p 6 . I orbitaler skulle det vara:
Som kan ses är neon (liksom alla ädelgaser) ett diamagnetiskt element eftersom det inte har oparade elektroner.
Magnesium
Denna jordalkalimetall har totalt 12 elektroner, så dess elektroniska konfiguration är 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 . Även om dess valensskal inte är helt fyllt, är det en diamagnetisk metall.
natriumkatjon
Metalliskt natrium är en alkalimetall som har en oparad elektron i en s orbital (så den är paramagnetisk), men när den förlorar den elektronen och blir Na+-katjonen blir den en diamagnetisk art med 10 elektroner och elektronkonfigurationen för neon .
Kloridanjon
Något mycket likt det som händer med natrium händer med klor, men omvänt. I det här fallet har den neutrala kloratomen 17 elektroner, varav en är oparad. Denna halogen reduceras dock lätt, plockar upp en elektron och fyller 3p z orbitalen för att bli en diamagnetisk art med elektronkonfigurationen av argon.
Vatten, trä och de flesta organiska föreningar
De flesta organiska föreningar samt vatten och många andra oorganiska föreningar är diamagnetiska eftersom de kombinerar sina elektroner i kemiska bindningar på ett sätt som parar deras spinn. Av denna anledning är de flesta levande varelser diamagnetiska. Faktum är att genom att applicera ett tillräckligt starkt magnetfält kan du till och med sväva en groda.
supraledare
En av de mest anmärkningsvärda egenskaperna hos supraledare är att de inte har något elektriskt motstånd och att deras elektroner rör sig fritt inom dem. Av denna anledning kan ett externt magnetfält inducera en intern ström, vilket genererar en stark diamagnetisk effekt som gör att de flyter ovanpå magneten.
Undantaget från regeln: Vismut
Det är märkligt att veta att det första diamagnetiska materialet som upptäcks, och även det mest diamagnetiska elementet i hela det periodiska systemet, inte har en, inte två, utan tre oparade elektroner , och ändå fortsätter det att vara diamagnetiskt.
Men varför anses den vara diamagnetisk, trots att den har ett nettomagnetiskt moment på grund av dess tre oparade elektroner? Detta beror på att, i det här fallet, diamagnetism kan överskrida (och i särklass) paramagnetism, så detta element är i själva verket stött bort av magnetfält.
Referenser
Atkins, P., från Paula J. (2014). Atkins’ fysikalisk kemi. Oxford, Storbritannien: Oxford University Press.
Chang, R. (2008). FYSISK KEMI. (1:a upplagan). New York, New York: McGraw Hill.
Pauling, L. (2021). Introduktion till kvantmekanik: med tillämpningar till kemi (första upplagan). New York, New York: McGraw-Hill.
Magnetic Properties of Solids (sf) Hämtad från http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Solids/magpr.html
González, JC, Osorio, A., & Bustamante, A. (2009). Den magnetiska känsligheten i supraledande material. Physics Research Journal , 12 (02), 6–14. https://doi.org/10.15381/rif.v12i02.8708
