Κατάλογος μαγνητικών μετάλλων

Τα μαγνητικά υλικά έλκονται από έναν μαγνήτη και μπορεί ακόμη και να μαγνητιστούν. Σχεδόν όλα τα μαγνητικά υλικά είναι μέταλλα. Γνωστά παραδείγματα μαγνητικών μετάλλων περιλαμβάνουν σίδηρο, νικέλιο, κοβάλτιο και χάλυβα. Όμως, ο μαγνητισμός είναι ένα σύνθετο φαινόμενο. Δεν είναι όλος ο σίδηρος ή ο χάλυβας μαγνητικός. Υπάρχουν ακόμη και μερικά αμέταλλα που εμφανίζουν μαγνητισμό! Ακολουθεί μια ανασκόπηση των τύπων μαγνητισμού, μια λίστα μαγνητικών υλικών και μια ματιά σε μέταλλα που δεν είναι μαγνητικά.

Τύποι μαγνητισμού

Για να κατανοήσετε ποια μέταλλα είναι μαγνητικά, είναι χρήσιμο να αναθεωρήσετε τους πέντε τύπους μαγνητισμού:

Διαμαγνητισμός :Όλη η ύλη είναι διαμαγνητική, που σημαίνει ότι απωθείται ασθενώς από ένα μαγνητικό πεδίο. Σε ένα μαγνητικό υλικό, η έλξη προς έναν μαγνήτη υπερβαίνει την απώθηση από τον διαμαγνητισμό.
Παραμαγνητισμός :Ένα παραμαγνητικό υλικό έλκεται ασθενώς από ένα μαγνητικό πεδίο. Το αλουμίνιο, το οξυγόνο, το οξείδιο του σιδήρου (FeO) και το τιτάνιο είναι παραμαγνητικά.
Σιδηρομαγνητισμός :Τα σιδηρομαγνητικά υλικά έλκονται έντονα από τους μαγνήτες και μπορούν να μαγνητιστούν. Πάνω από μια θερμοκρασία που ονομάζεται σημείο Κιουρί, τα σιδηρομαγνητικά υλικά χάνουν τον μαγνητισμό τους. Ο σίδηρος, το κοβάλτιο, το νικέλιο, τα περισσότερα από τα κράματά τους και ορισμένες ενώσεις μετάλλων σπάνιων γαιών είναι σιδηρομαγνητικά.
Σιδηρομαγνητισμός :Τα σιδηρομαγνητικά υλικά έλκονται από τους μαγνήτες και τα ίδια λειτουργούν ως μόνιμοι μαγνήτες. Πάνω από το σημείο Κιουρί, τα σιδηρομαγνητικά υλικά χάνουν τον εξωτερικό τους μαγνητισμό. Lodestones (το ορυκτό μαγνητίτης, Fe₃ O₄ ) είναι σιδηρομαγνητικά.
Αντισιδηρομαγνητισμός :Στον αντισιδηρομαγνητισμό, η ευθυγράμμιση γειτονικών ιόντων σε χαμηλές θερμοκρασίες καθιστά το υλικό μη ευαίσθητο σε μαγνητικό πεδίο. Ωστόσο, πάνω από μια θερμοκρασία που ονομάζεται θερμοκρασία Néel, ορισμένα άτομα απελευθερώνονται από την ευθυγράμμιση και το υλικό γίνεται ασθενώς μαγνητικό. Το οξείδιο του μαγγανίου (MnO) και το καθαρό νεοδύμιο είναι παραδείγματα αντισιδηρομαγνητικών υλικών.

Συνήθως, όταν οι άνθρωποι μιλούν για «μαγνητικά μέταλλα», μιλούν για σιδηρομαγνητικά και σιδηρομαγνητικά μέταλλα. Ωστόσο, εάν συμπεριλάβετε τους υπό όρους και τους πιο αδύναμους τύπους μαγνητισμού, πολλά περισσότερα μέταλλα (και ορισμένα αμέταλλα) είναι μαγνητικά.

Τι είναι τα μέταλλα μαγνητικά;

Τα μαγνητικά μέταλλα περιλαμβάνουν ορισμένα καθαρά μεταλλικά στοιχεία και τα κράματά τους. Ακολουθεί μια λίστα με μερικά από τα πιο μαγνητικά μέταλλα:

Σίδερο
Νίκελο
Κοβάλτιο
Γαδολίνιο
Δυσπρόσιο
Τέρβιο
Μερικοί τύποι χάλυβα (π.χ. φερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας)
Νεοδύμιο, σίδηρος, κράμα βορίου (μαγνήτης Nd)

Παρόλο που τόσο ο σίδηρος όσο και το νικέλιο είναι μαγνητικά, δεν είναι όλος ο χάλυβας μαγνητικός. Η κρυσταλλική δομή ενός κράματος καθορίζει τον μαγνητισμό του, επομένως τα στοιχεία που είναι μαγνητικά από μόνα τους δεν σχηματίζουν απαραίτητα μαγνητικά κράματα.

Ο σίδηρος θεωρείται μαγνητικός, αλλά η συμπεριφορά του εξαρτάται από την κρυσταλλική δομή και τη θερμοκρασία. Είναι η μορφή α που είναι σιδηρομαγνητική και μόνο κάτω από το σημείο Κιουρί των 770 °C. Ο γ-σίδηρος είναι αντισιδηρομαγνητικός.

Το ρουθήνιο και οι ακτινίδες (π.χ. πλουτώνιο, νεπτούνιο) είναι σιδηρομαγνητικά υπό ορισμένες συνθήκες.

Ποιο μέταλλο είναι ο ισχυρότερος μαγνήτης;

Το ισχυρότερο μόνιμο μαγνητικό μέταλλο που μπορείτε να αγοράσετε είναι ένας μαγνήτης νεοδυμίου (Nd). Οι μαγνήτες νεοδυμίου δεν είναι καθαρό νεοδύμιο. Το καθαρό στοιχείο είναι παραμαγνητικό σε θερμοκρασία δωματίου και αντισιδηρομαγνητικό σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (20 K ή -253,2 °C). Οι μαγνήτες νεοδυμίου είναι ένα κράμα νεοδυμίου (Nd₂ Fe₁₄ Β).

Οι μαγνήτες από κράμα νεοδυμίου χάνουν τον μαγνητισμό τους σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, οι μαγνήτες σαμαρίου-κοβαλτίου (SmCo) είναι τα ισχυρότερα μαγνητικά μέταλλα.

Ποια μέταλλα δεν είναι μαγνητικά;

Η συντριπτική πλειοψηφία των μετάλλων θεωρούνται «μη μαγνητικά». Πιο συγκεκριμένα, τα περισσότερα από αυτά τα μέταλλα είναι παραμαγνητικά.:

Χαλκός
Χρυσό
Ασημί
Αλουμίνιο
Τιτάνιο
Ορείχαλκος
Χάλκινο
Μερικοί τύποι χάλυβα (π.χ. ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, ανοξείδωτος χάλυβας 304)
Πλατινένιο (αν και ορισμένα από τα κράματά του είναι μαγνητικά)
Προηγούμενος
Βισμούθιο
Μαγνήσιο
Μολυβδαίνιο
Ταντάλιο
Κασσίτερος
Όλα τα αλκαλικά μέταλλα (π.χ. νάτριο, λίθιο)
Μαγγάνιο (εξαιρέσεις:ασθενώς μαγνητικό σε ενώσεις με κατιόν Mn, ιακοβσίτης μεταλλεύματος [FeMn),O] είναι ισχυρά μαγνητικό)

Η μαγνητική συμπεριφορά εξαρτάται από τις συνθήκες. Για παράδειγμα, το μέταλλο χαλκού και τα άλατα που περιέχουν το ιόν Cu είναι διαμαγνητικά, αλλά τα άτομα χαλκού και τα ιόντα χαλκού που περιέχουν άλατα (Cu) είναι παραμαγνητικά. Ο ανοξείδωτος χάλυβας 304 δεν είναι συνήθως μαγνητικός, αλλά γίνεται μερικώς σιδηρομαγνητικός εάν λυγίσει σε θερμοκρασία δωματίου.

Είναι κάποια αμέταλλα μαγνητικά;

Τα αμέταλλα θεωρούνται γενικά μη μαγνητικά. Μερικοί τύποι γραφίτη (ένα αλλοτρόπιο του άνθρακα) είναι τόσο διαμαγνητικοί που μπορούν να απωθούν έναν ισχυρό μαγνήτη έτσι ώστε να φαίνεται να αιωρείται. Ωστόσο, υγρό οξυγόνο και φουλερένια βορίου (B₈₀ ) είναι παραμαγνητικά. Πρόσφατα, οι επιστήμονες ανέπτυξαν οργανικούς μαγνήτες από φθοριογραφένιο με ομάδες υδροξυλίου. Αυτοί οι οργανικοί μαγνήτες είναι αντισιδηρομαγνητικοί σε θερμοκρασία δωματίου.

Αναφορές

Botti, S.; et al. (2009). «Οπτικές και μαγνητικές ιδιότητες φουλλερενίων βορίου». Φυσική Χημεία Χημική Φυσική .11 , 4523-4527. doi:10.1039/B902278C
Buschow, K.H.J. (1998) Υλικά μόνιμου μαγνήτη και οι εφαρμογές τους . Trans Tech Publications Ltd. Ελβετία. ISBN 0-87849-796-X.
Chikazumi, Soshin (2009). Φυσική του Σιδηρομαγνητισμού (2η έκδ.). OUP Οξφόρδη. ISBN 978-0191569852.
Tucek, J.; et al. (2017). «Οργανικοί μαγνήτες θερμοκρασίας δωματίου που προέρχονται από το sp λειτουργικοποιημένο γραφένιο». Επικοινωνίες για τη φύση .