Минералдарды магниттік қасиеттері бойынша физикалық топтастыру

Дәріс 2

Минералдарды магниттік қасиеттері бойынша физикалық топтастыру

Диамагнитті, парамагнитті, ферромагнитті, ферромагнитке қарсы заттар. Аталған заттардағы атамдық құрылымдық  ерекшеліктер және олардың меншікті магниттік алғырлығы

Дәріс жоспары:        

1. Аталған заттардағы атамдық құрылымдық  ерекшеліктер және олардың меншікті магниттік алғырлығы.

1. Минералдардың диамагнитті, парамагнитті, ферромагнитті, ферромагнитке қарсы қасиеттері туралы түсініктеме.
2. Магниттік қасиеттер бойынша минералдарды топтастыру.

Аталған заттардағы атамдық құрылымдық  ерекшеліктер және олардың меншікті магниттік алғырлығы.

Заттың магниттік қасиеттерін түсіндіру үшін, магнетизмнің маңызын алдымен атомнан бастап қарастырайық.  Атомдық жәй үлгіге сәйкес атом ядросының жанында орбита бойынша электрондар айналып жүреді. Мысалы, сутек атомы ядросының жанында тек бір электрон ғана айналакды, гелийде – екі. Басқадай элементтерде электрондар анық бір жүйені құрайды, ол элементтің Менделеевтің периодтық кестесіндегі реттік номеріне тәуелді.  

Мұнда электронды орбиталар ядроға қарасты, жеке қабаттар түзе орналасады.    Ішкі бірінші қабатта екіден артық электрон, екіншісінде- сегізден артық емес электрон болуы тиіс.  Менделеевтің периодтық жүйесінің бірінші он элементінің электрондары осы екі қабатты орналасады. Үшінші қабатта онсегіз электрондық орын болады.

Атомның моделі/үлгісі туралы ұғымды қабатша ұғымын енгізумен кеңейтейік. Демек, мысалы , екінші қабат екі, ал үшінші- үш қабатшалардан тұрады. Әрбір қабатқа, онда болатын электронның  анық энергетикалық деңгейі сәйкес болады.  Әдетте, электрондар алдымен энергетикалық деңгейі төмен болатын ішкі қабаттарға орналасуға тырысады. Бірақ элементтердің барлығында дерлік ішкі қабаттар толықтай толмайды. Мысалы, темір атомының 26 электроны төрт қабатта, үшінші қабатты толығымен толтырмай және үшінші  қабатшада болатын 14 электроннан ғана, қалған екі электрон төртінші қабатқа кіріп, орналасады.

Толықтай толтырылмаған қабатшалардың болуынан туындайтын,  электрондлық құрылым ерекшеліктері атомның магниттік қасиеттеріне қандай ықпал етеді?

  Жеке атомның магнитті моментін алдын ала қарастырайық, магнитті диполь, үш құрамдастардан тұрады: атом ядросының моментінен және орбиталды және спин электрондар магнитті моментінен.  Ядроның магнитті моменті электрондықтар түзетін магниттерден аса төмен болатындықтан, соңғы екі құрастырушы туралы түсіндірулермен шектелейік. Электрондар электр зарядтарын жеткізгіштер болғандықтан, олардың айналуы кезінде орбиталды және спин магнитті моменттер туындайды. Яғни, электронның магнитті моменті оның айналып қозғалуына тікелей байланысты.

Табиғатта, магниттік моменттері сырт көзге білінбейтін элементтер бар. Ол  жекеше орбиталды және спин моменттердің  толық өзара компенсацияланумен түсіндіріледі (барлық электрондық моменттер толтырылған). Бұндай элементтерден процессия моментінің түзілуі нәтижесінде бірқалыпсыз магнитті өрістен денелер ығыстырылып шығарылады. Осындай эффект туындататын заттар- диамагнетиктер деп аталады.

Диамагнетизм атомдар мен барлық заттардың жалпы қасиеті болып табылады және сыртқы магнитті өрістен пайда болатын   теріс магнитті алғырлықпен сипатталады.  Ондай заттарға мыс, алтын, күміс, мырыш, сынап, қорғасын, висмут, сүрме, көміртек және басқалар жатады. Диамагнитті заттарда теріс магниттік алғырдық өте аз және өріс кернеулігі мен температураға тәуелді емес.

Әлді/күшті сыртқы өріс берілгенде, атомдардың магнитті моменттері жылу қозғалысына қарамай өріс бойымен бағыттасады, және зат магниттеледі. Осындай заттар парамагнетиктер деп аталады және әлді магнитті өріске қарай тартылады.

Мұндай заттардың магниттік алғырлығы оң және диамагетиктерден ерекшелігі температураға өте тәуелді  болып келеді. Парамагнетиктерге алюминий, қалайы, платина, натрий, калий, магний, кальций, оттек және басқалар жатады.

 Ферромагнитті заттарды қарастырайық, жекелей атомдардың құрылымы парамагнетиктердің атомдық құрылымына ұқсас. Компенсацияланбаған ...Спин моменттердің әсерінен, оларда әлсіз магнитті момент туындайды, бірақ парамагнетиктермен салыстырғанда қатты ферромагнитті заттарда жеке атомдар арасында жылу қозғалысын терісбағыттауға/дезориентация қарсы күштер болады. Осы күштердің ықпалымен көршілес атомдардың магнитті моменттері бір біріне паралелді бағытталады және ішкі себептермен пайда болып, қанықанға дейін магниттелген (домендар) элементарлық көлемдер түзеді. Доменнің магнитті моменті   орташа есептегенде жеке атамның магнитті моментінен   1015 есеге көп.