すべての鉄が磁性体であるとは限りません (磁性体)
金属と磁性
鉄は常に磁気を帯びているわけではありません。また、鉄以外にも磁性を示す金属があります。桜井みつる/ゲッティイメージズ
ここにあなたのための要素のファクトイドがあります: すべてではない 鉄 は 磁気 .の a 同素体は磁性を持っていますが、温度が上昇すると a へのフォームチェンジ b 形が変わると、格子は変わらないのに磁性が消えます。
重要ポイント: すべての鉄が磁気を帯びているわけではありません
- 多くの人は、鉄は磁性体だと思っています。鉄は強磁性 (磁石に引き付けられる) ですが、特定の温度範囲およびその他の特定の条件内でのみです。
- 鉄はα型で磁性を持っています。 α型はキュリー点と呼ばれる特別な温度770℃以下で発生します。鉄はこの温度以上では常磁性であり、磁場に弱くしか引き付けられません。
- 磁性体は、電子殻が部分的に満たされた原子で構成されています。したがって、ほとんどの磁性体は金属です。他の磁気要素には、ニッケルとコバルトが含まれます。
- 非磁性 (反磁性) 金属には、銅、金、および銀が含まれます。
鉄が磁性を帯びている理由 (時々)
強磁性は、物質が磁石に引き付けられて永久磁石を形成するメカニズムです。この言葉は実際には鉄磁気を意味します。これは、この現象の最もよく知られた例であり、科学者が最初に研究した例だからです。強磁性は、材料の量子力学的特性です。それは、その微細構造と結晶状態に依存し、温度と組成の影響を受ける可能性があります。
量子力学的性質は、 電子 .具体的には、物質が磁石になるためには磁気双極子モーメントが必要です。この磁気双極子モーメントは、電子殻が部分的に満たされた原子に由来します。原子はゼロの正味の双極子モーメントを持っているため、電子殻で満たされた電子殻は磁性ではありません。鉄やその他の遷移金属は部分的に満たされた電子殻を持っているため、これらの元素とその化合物の一部は磁性を持っています。磁性元素の原子では、ほぼすべての双極子が、キュリー点と呼ばれる特別な温度以下で整列します。鉄の場合、キュリー点は 770 °C で発生します。この温度より下では、鉄は強磁性 (磁石に強く引き付けられる) ですが、それより上では、鉄はその結晶構造を変化させ、 常磁性 (磁石に弱く吸着するだけ)。
その他の磁気要素
表示される要素は鉄だけではありません 磁気 .ニッケル、コバルト、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウムも強磁性です。鉄と同様に、これらの元素の磁気特性は、その結晶構造と、金属がキュリー点を下回っているかどうかによって異なります。 α鉄、コバルト、ニッケルは強磁性体、γ鉄、マンガン、クロムは反強磁性体です。リチウムガスは、1 ケルビン以下に冷却されると磁気を帯びます。ある条件下では、 マンガン 、アクチニド（プルトニウムやネプツニウムなど）、ルテニウムは強磁性体です。
磁性は金属で最も頻繁に発生しますが、非金属でもめったに発生しません。たとえば、液体酸素は磁石の極の間に閉じ込められている可能性があります。酸素には不対電子があり、磁石に反応することができます。ホウ素は表示される別の非金属です 常磁性 反磁性反発よりも大きな引力。
磁性鋼と非磁性鋼
鋼は鉄ベースの合金です。ステンレス鋼を含むほとんどの鋼は磁性を持っています。互いに異なる結晶格子構造を示す 2 つの広いタイプのステンレス鋼があります。フェライト系ステンレス鋼は、室温で強磁性を示す鉄-クロム合金です。通常は磁化されていませんが、フェライト鋼は磁場の存在下で磁化され、磁石を取り外した後もしばらく磁化されたままになります。フェライト系ステンレス鋼の金属原子は、体心 (bcc) 格子状に配置されています。オーステナイト系ステンレス鋼は非磁性になる傾向があります。これらの鋼には、面心立方 (fcc) 格子に配置された原子が含まれています。
最も一般的なタイプのステンレス鋼であるタイプ 304 には、鉄、クロム、およびニッケルが含まれています (それぞれが独自の磁気を帯びています)。しかし、この合金の原子は通常、fcc 格子構造を持ち、非磁性合金になります。鋼が室温で曲げられると、タイプ 304 は部分的に強磁性になります。
磁性を持たない金属
一部の金属は磁気を帯びていますが、ほとんどの金属はそうではありません。主な例には、銅、金、銀、鉛、アルミニウム、スズ、チタン、亜鉛、およびビスマスが含まれます。これらの元素とその合金は反磁性です。非磁性合金には以下が含まれます 真鍮 と ブロンズ .これらの金属は磁石を弱く反発しますが、通常はその効果が顕著になるほどではありません。
炭素は反磁性の強い非金属です。実際、グラファイトの種類によっては、強力な磁石を浮揚させるのに十分強力に磁石を反発するものがあります。
ソース
- ディバイン、トーマス。 ' 一部のステンレス鋼で磁石が機能しないのはなぜですか ?' サイエンティフィック アメリカン .