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為什么只有少數的金屬有磁性?金屬磁性怎么來的 當前位置: 網站首頁 > 新聞資訊 > 技術文章

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我們根據物質磁化后對磁場的影響,可以把物質分為三類:a)使磁場減弱的物質稱為抗磁性物質,b)使磁場略有增強的物質稱為順磁性物質,c)使磁場強烈增加的物質稱為鐵磁性物質。事實上,包括空氣在內所有的物質都能被磁化,只是難度不一樣而已。

為什么只有少數的金屬有磁性?

可以等價于問:為什么只有少數金屬是鐵磁性的,而大部分金屬是非鐵磁性(即抗磁性和順磁性)?

這個得從金屬磁化的物理本質說起:近代物理證明,構成物質的原子由原子核和電子所構成,每個電子都在作循軌和自旋運動,物質的磁性就是由于電子的這些運動產生的。對于金屬來說,金屬是由點陣的離子和自由電子構成。在磁場的作用下電子運動會產生抗磁磁矩,與此同時,點陣的離子和自由電子會產生順磁磁矩。

下面,我們分析下各種金屬的磁特性。

1、金屬的抗磁性和順磁性(金屬的非鐵磁性)

金屬中銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鎘(Cd)、汞(Hg)等,它們的離子所產生的抗磁性大于自由電子的順磁性,因此是抗磁性物質。

在元素周期表中接近非金屬的一些金屬元素,如銻(Sb)、鉍(Bi)、鎵(Ga)與錫(Sn)等,它們的自由電子在原子價增加時逐步向共價結合過渡,而共價電子的磁矩互相抵消,因此表現出異常的抗磁性。

所有堿金屬都是順磁性物質,堿土金屬(除“鈹”外)也都是順磁性的,這是由于它們的自由電子所產生的順磁性占主導地位。

堿金屬指元素周期表ⅠA族元素中所有的金屬元素,包括鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)六種。

堿土金屬指元素周期表中Ⅱ A族元素,包括鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鐳(Ra)六種。

三價金屬鋁(Al)、硒(Se)、鑭(La)也是順磁性,它們的順磁性主要是由自由電子或離子的順磁性所決定。

稀土金屬也是順磁性,而且磁性較強,這是因為這些元素的原子4f層或5d層沒有填滿,存在著未能抵消的自旋磁矩所造成。

鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)等過渡族元素,它們的3d層未被填滿,自旋磁矩未被抵消或而產生強烈的順磁性。

2、金屬的鐵磁性

對于鐵磁性金屬來說,不大的外磁場便會使它強烈磁化,很容易被磁鐵吸附。

鐵磁性金屬的原子磁矩主要來源于電子的自旋磁矩,即使在沒有外磁場的條件下,就可以形成一個個小的“自發磁化區”,我們稱之為“磁疇”。

正是由于在每個磁疇中原子的磁矩已完全排列起來,所以在一個不太強的外磁場,就可以產生一個很強的磁化強度,即樓主認為的“有磁性”。

為什么只有少數的金屬有磁性?

重新回到問題的起點,金屬的磁性是由其原子結構特性決定的,常溫下,只有少數的金屬可以形成自發磁化區——“磁疇”,所有只有少數金屬有磁性

至于鐵磁性金屬為什么會形成磁疇的原因,涉及量子力學理論:鐵磁性物質內部相鄰原子的電子之間有一種靜電交換作用,正是這種靜電交換作用迫使各原子的磁矩平行或者反向平行排列,使得一個小區域內的各個原子的磁矩按同一方向排列,最終形成自發磁化區域——磁疇。

鐵磁性金屬與非鐵磁性金屬的磁化機制有著很大差異,由于不能自發形成磁化區域,所以非鐵磁性金屬(常見的有鎂、鋁、銅、鈦、奧氏體不銹鋼)的磁性很弱,無法形成明顯的SN兩極。


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