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Nicht alles Eisen ist magnetisch (magnetische Elemente)

Hier ist ein Element-Faktoid für Sie: Nicht alles Eisen ist magnetisch. Das a- Allotrop ist magnetisch, aber wenn die Temperatur steigt, so dass sich die a- Form in die b- Form ändert, verschwindet der Magnetismus, obwohl sich das Gitter nicht ändert.

Wichtige Erkenntnisse: Nicht alles Eisen ist magnetisch

  • Die meisten Menschen denken an Eisen als magnetisches Material. Eisen ist ferromagnetisch (von Magneten angezogen), jedoch nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs und unter anderen spezifischen Bedingungen.
  • Eisen ist in seiner α-Form magnetisch. Die α-Form tritt unterhalb einer speziellen Temperatur auf, die als Curie-Punkt bezeichnet wird und 770 ° C beträgt. Eisen ist oberhalb dieser Temperatur paramagnetisch und wird nur schwach von einem Magnetfeld angezogen.
  • Magnetische Materialien bestehen aus Atomen mit teilweise gefüllten Elektronenschalen. Die meisten magnetischen Materialien sind also Metalle. Andere magnetische Elemente umfassen Nickel und Kobalt.
  • Nichtmagnetische (diamagnetische) Metalle umfassen Kupfer, Gold und Silber.

 

Warum Eisen magnetisch ist (manchmal)

Ferromagnetismus ist der Mechanismus, durch den Materialien von Magneten angezogen werden und Permanentmagnete bilden. Das Wort bedeutet eigentlich Eisenmagnetismus, weil dies das bekannteste Beispiel für das Phänomen ist und dasjenige, das Wissenschaftler zuerst untersucht haben. Ferromagnetismus ist eine quantenmechanische Eigenschaft eines Materials. Es hängt von seiner Mikrostruktur und seinem kristallinen Zustand ab, die durch Temperatur und Zusammensetzung beeinflusst werden können.

Die quantenmechanische Eigenschaft wird durch das Verhalten der Elektronen bestimmt. Insbesondere benötigt eine Substanz ein magnetisches Dipolmoment, um ein Magnet zu sein, der von Atomen mit teilweise gefüllten Elektronenschalen stammt. Mit Atomen gefüllte Elektronenschalen sind nicht magnetisch, da sie ein Netto-Dipolmoment von Null haben. Eisen und andere Übergangsmetalle haben teilweise gefüllte Elektronenschalen, daher sind einige dieser Elemente und ihre Verbindungen magnetisch. In Atomen magnetischer Elemente richten sich fast alle Dipole unterhalb einer speziellen Temperatur aus, die als Curie-Punkt bezeichnet wird. Bei Eisen tritt der Curie-Punkt bei 770 ° C auf. Unterhalb dieser Temperatur ist Eisen ferromagnetisch (stark von einem Magneten angezogen), aber darüber ändert das Eisen seine Kristallstruktur und wird paramagnetisch (nur schwach an einen Magneten gebunden).

 

Andere magnetische Elemente

Eisen ist nicht das einzige Element, das Magnetismus zeigt . Nickel, Kobalt, Gadolinium, Terbium und Dysprosium sind ebenfalls ferromagnetisch. Wie bei Eisen hängen die magnetischen Eigenschaften dieser Elemente von ihrer Kristallstruktur ab und davon, ob das Metall unter seinem Curie-Punkt liegt. α-Eisen, Kobalt und Nickel sind ferromagnetisch, während γ-Eisen, Mangan und Chrom antiferromagnetisch sind. Lithiumgas ist magnetisch, wenn es unter 1 Kelvin abgekühlt wird. Unter bestimmten Bedingungen sind Mangan. die Aktiniden (z. B. Plutonium und Neptunium) und Ruthenium ferromagnetisch.

Während Magnetismus am häufigsten in Metallen auftritt, tritt er auch selten in Nichtmetallen auf. Beispielsweise kann flüssiger Sauerstoff zwischen den Polen eines Magneten eingeschlossen sein! Sauerstoff hat ungepaarte Elektronen, die es ihm ermöglichen, auf einen Magneten zu reagieren. Bor ist ein weiteres Nichtmetall, das eine paramagnetische Anziehungskraft aufweist, die größer ist als seine diamagnetische Abstoßung.

 

Magnetischer und nichtmagnetischer Stahl

Stahl ist eine Legierung auf Eisenbasis. Die meisten Stahlformen, einschließlich Edelstahl, sind magnetisch. Es gibt zwei große Arten von rostfreien Stählen, die unterschiedliche Kristallgitterstrukturen aufweisen. Ferritische rostfreie Stähle sind Eisen-Chrom-Legierungen, die bei Raumtemperatur ferromagnetisch sind. Während ferritischer Stahl normalerweise nicht magnetisiert ist, wird er in Gegenwart eines Magnetfelds magnetisiert und bleibt nach dem Entfernen des Magneten einige Zeit magnetisiert. Die Metallatome in ferritischem Edelstahl sind in einem körperzentrierten (bcc) Gitter angeordnet. Austenitische rostfreie Stähle neigen dazu, nicht magnetisch zu sein. Diese Stähle enthalten Atome, die in einem flächenzentrierten kubischen (fcc) Gitter angeordnet sind.

Die beliebteste Art von Edelstahl, Typ 304, enthält Eisen, Chrom und Nickel (jede für sich magnetisch). Atome in dieser Legierung haben jedoch normalerweise die fcc-Gitterstruktur, was zu einer nichtmagnetischen Legierung führt. Typ 304 wird teilweise ferromagnetisch, wenn der Stahl bei Raumtemperatur gebogen wird.

 

Metalle, die nicht magnetisch sind

Während einige Metalle magnetisch sind, sind die meisten nicht. Schlüsselbeispiele sind Kupfer, Gold, Silber, Blei, Aluminium, Zinn, Titan, Zink und Wismut. Diese Elemente und ihre Legierungen sind diamagnetisch. Nichtmagnetische Legierungen umfassen Messing und Bronze. Diese Metalle stoßen Magnete schwach ab, reichen jedoch normalerweise nicht aus, um den Effekt spürbar zu machen.

Kohlenstoff ist ein stark diamagnetisches Nichtmetall. Tatsächlich stoßen einige Arten von Graphit Magnete stark genug ab, um einen starken Magneten zu schweben.

 

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