誰能從結構上解釋一下鐵 鈷 鎳為什麼可以被磁化,別的金屬不可以?

時間 2021-05-07 14:00:39

1樓:

要知道物質的抗磁性、順磁性和鐵磁性是怎麼產生的,我們首先得知道磁性是從何而來的。從麥克斯韋總結出來的電磁規律中可得知:不均勻變化的電場產生磁場,不均勻變化的磁場產生電場

微觀結構的原子中,含有質子、中子和電子(不繼續往更微觀層面深究),質子和電子分別帶正電荷和負電荷,兩種粒子若不是處在平衡態,即擁有加速度,那麼粒子運動產生的電場就會不均勻變化,導致磁場的產生。從這我們可以明白磁場的由來,而用於量度磁場(向量)的大小和方向的則是磁矩

原子的固有磁矩主要由電子軌道磁矩電子自旋磁矩核磁矩向量疊加而成。其中重要並且難以理解的一點是電子自旋磁矩。電子的自旋磁矩是內稟的

接下來,根據上述的三種磁矩,並通過半經典物理的推導所得到的公式(公式能解釋實驗結果,即與實際相符),可知磁矩的大小與粒子質量成反比。因為電子質量me與質子質量mp的比值

,所以比小三個數量級,可以忽略不計。由此我們可以知道,原子的固有磁矩主要是來自電子軌道磁矩Ml和電子自旋磁矩Ms的貢獻。

說到這裡,我們會很自然地想到,既然每個原子都有電子,而每個電子都會繞原子核運動(假設此運動是圓周運動),電子又都有內稟的自旋磁矩,那麼構成材料的原子的合磁矩就應該都不為零,即每個原子都應該具有磁矩並對物質的磁性做出貢獻。

以上推論的結果是合理的,但是有一點得注意,還是關於特殊的電子的自旋磁矩。按照核外電子排布,電子能量由低到高從1s軌道開始排布,依次到2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d……其中s軌道能容納2個電子,p能容納6個電子,d能容納10個電子,以此類推。而電子在各個軌道由下往上排時,要遵從泡利不相容原理和洪特定則,以2p軌道為例,排列如圖1 所示。

當自旋向上的電子和自旋向下的電子同時存在時,由電子自旋所產生的自旋磁矩就會抵消,因為電子z軸方向上的磁矩大小為

,所以從(1)到(6),2p軌道上總的電子自旋磁矩依次為、、、、、0。當電子自旋磁矩為0的時候,為固有磁矩做貢獻的只有電子軌道磁矩。下面,從這個重要的發現中我們就可以解釋為什麼鐵有磁性而銅顯得沒有磁性,還有什麼是抗磁性、順磁性和鐵磁性。

我們會好奇,為什麼同為金屬的鐵和銅,鐵有磁性,銅就沒有磁性。其實,銅沒有磁性這一判斷是錯誤的,我們覺得它沒有磁性,只是因為它在磁場中的磁化現象太弱,以至於在一般大小的磁場中我們觀察不到,需要在很大的磁場才有肉眼可見的現象發生,而鐵在一般大小的磁場中就會有明顯的磁化效果。現在我們可以對鐵和銅的磁性進行判斷了:

鐵有鐵磁性,在磁場中會有明顯的被磁化效果;而銅是順磁性的,它在磁場中誘導出來的磁化強度遠小於具有鐵磁性的鐵,現象微弱。

鐵的核外電子排布:

銅的核外電子排布:

鐵的3d軌道可以裝10個電子,但是只裝了6個,其他軌道都填滿,有大小的自旋磁矩,固有磁矩大;銅的4s軌道可以裝2個電子,但是只裝了1個,其他軌道都填滿,有大小的自旋磁矩,固有磁矩較小。

現在我們再來看,什麼時候乙個原子是抗磁性的,什麼時候乙個原子又是順磁性的,什麼時候乙個原子是鐵磁性的。

首先擺出結論:(1)原子中電子自旋磁矩的向量和為0,物質呈現抗磁性;(2)原子中電子自旋磁矩的向量和為0,即對原子的固有磁矩做貢獻的既有電子軌道磁矩又有電子自旋磁矩,則i)若物質的原子間無交換相互作用,物質呈順磁性,ii)若物質的原子間有交換相互作用,物質呈現鐵磁性。

很明顯,當原子中電子自旋磁矩的向量和為0時,電子軌道磁矩是固有磁矩的主要貢獻項。此時我們可以想象電子繞原子核外一固定軌道做簡單的勻速圓周運動,軌道中的電子運動形成電流,整條軌道相當於一條「閉合通電導線」。當有外磁場通過此「閉合通電導線」時,根據高中時所學的楞次定律判斷,將會產生與外磁場反向的感應磁場,即電子軌道磁矩,出現抵抗磁場增大的效應。

由此種原子所組成的物質,原子的集合,它的磁性即為抗磁性。抗磁性物質的磁化率很小,磁化率。

順磁性沒有交換相互作用,可以把順磁性物質想象成一罐子具有順磁性的理想氣體,組成物質的原子相當於氣體分子,分子之間互不干擾。整團氣體分子都在做無規則的熱運動,氣體分子的固有磁矩也上下左右亂七八糟地隨機分布著,即使有外磁場,氣體分子也身癢癢不肯乖乖地一直朝著乙個方向,由此產生了順磁性,順磁性物質的磁化率也不大,。

而原子間有交換相互作用的鐵磁性物質,則可以把它們想象成乙個訓練有素的軍隊,在外磁場的指揮下,整齊地朝同一方向進發,所以鐵磁性物質的磁化率很大,。

2樓:Christo Mono

鐵磁學,三冊能幫你。

前邊有人,提到的固體是基礎,另外原子物理也是基礎。

業餘點理解是這樣的,電子自旋相當於乙個小磁鐵。有的向上,有的向下,整體沒有淨剩,有的材料,外磁場一刺激自旋排隊站好而且不回去,結果剩磁比外加的還大。有的材料自旋不是很積極又容易回去,外磁場退了,剩磁也沒多少或啥也不剩。

有的就要和你對著幹。

嚴格的資訊從鐵磁學可查,自行理解吧

3樓:林霜天

這裡,我希望吐槽的,就是那些,看過一點無機化學,就亂答的人。要是無機化學說順磁性就是能在磁性的作用下,讓某種金屬出現永久磁極的話,那麼分分鐘把無機化學埋掉好了。

我並不了解出現永久磁極的原因,畢竟這不是我的研究課題。但是,你們那些自命學過無機的人所言,和電子排布有關,電子在軌道中自旋平行是出現永久磁性的原因,那絕對是亂講。不要誤導題主,尤其是學藝不精者。

所謂的順磁性和反磁性,實際上是在外加磁場的狀態下質量的變化,不一定是金屬,這種性質,只要是存在成單的電子就好。但是,不能造成永久磁極的產生,你非得說能,那好,舉個最簡單的例子,氧氣分子是順磁性的,在磁場的作用下,能產生永久磁極嗎?去掉磁場,你讓他吸引個金屬試試?

再狡辯的人......那我就不再說了。

P.S我實在是佩服某些人,不知道他所說的公式到底是個啥......

4樓:陽兵

你可以去看看電磁場理論,不是別的金屬不能被磁化,只是磁化強度比較小,所以感受不到力的作用,但是用儀器可以檢測出來磁場的變化

5樓:Innovation

所有物質都具有抗磁性,也就是抗拒具有磁性的性質,但是由於這些金屬內部電子的排布傾向於順磁性,是其順磁性遠大於抗磁性從而表現出磁性。

6樓:青衫未藍

磁鐵之所以有磁性是因為它的內部結構比較特殊,其原子本身就具有磁矩,所以有磁性。

一般情況下,大多數礦物分子排列混亂,自然沒有那種特殊性,所以沒有磁性。

舉個栗子,銅是這樣,但是銅在通電時會有磁性.

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