مغناطیس هایی ده برابر قوی تر (قسمت دوم)

در ادامه از چند سوال و پاسخ انها مطلع می شویم.

●سوال اول:

آرایش الکترونی دو عنصر هم خانواده آهن،  یعنی اسمیم و روتنیم چگونه است؟

os 76: s2 s2p6 s2p6d10 s2p6d10f14 s2p6d6 s2

ru 44 : s2 s2p6 s2p6d10 s2p6d7 s1 

●سوال دوم:

خاصیت مغناطیسی این دو عنصر چگونه است؟

جواب: ابتدا وضعیت بسته های الکترونی را بررسی می کنیم.( توجه کنید که بسته های الکترونی، هنگام تحریک میدان مغناطیسی، جمع یا مُشت شده و مشت های الکترونی منظم را می سازند. چنانچه تعداد پشت سر هم آنها بیش از دوتا باشد، (در عالم واقع فقط سه تا مشت متوالی هم اندازه ممکن است) آنگاه خاصیت مغناطیسی دائم در عنصر می تواند ایجاد بشود. چنانچه تعداد مشت ها سه یا چهار باشد اما در میان آنها بسته مزاحم باشد، از قابلیت مغناطیس شوندگی دائمی عنصر بشدت کاسته می شود، چراکه بسته ابکترونی مشت شده در اینجا حکم برهمزننده امواج مغناطیسی ایجاد شده را دارد.)

Os 76: s2p6-s2p6d10-s2p6d10f14-s2p6d8

با فرض اینکه در هنگام القاء مغناطیسی، الکترون 6s1 برای پایداری به لایه d نقل مکان می کند، نوشته می شود d8.

پس مشتهای الکترونی منظم عبارتند از:

-18e-18e-14e-16e

این آرایش مشتی نشان می دهد که بعلت وجود بسته مزاحم f در این میان، خاصیت مغناطیسی ضعیف خواهد داشت و علت اینکه خاصیت اهنربایی دائم پیدا نمی کند (مثل اهن و ... )،(فلز پارامغناطیس محسوب می شود) همین است. که سابقا مفصل توضیح داده شد.

برای عنصر روتنیم هم گرچه ۴ مشت الکترونی ۸ تایی وجود دارد اما بعلت وجود بسته مزاحم d10 خاصیت مغناطیسی این فلز ضعیف پیش بینی می شود. 

8e-8e-10e-8e-8e

●  سوال سوم: چرا آهن و گادلینیم تنها عناصری هستند که مشتی اصلی محسوب می شوند و بقیه چنین نیستند؟

چون تنها ۴ بسته الکترونی  s d p و  f برای عناصر ممکن است. گفتیم که دو الکترون قابلیت تبدیل به مشت الکترونی منظم را ندارد پس آرایش مشتی s2-s2-s2 خط می خورد. کربن خاصیت مغناطیسی نمی تواند ایجاد کند. تنها دو ارایش مشتی (منظم) ممکن دیگر مطرح می شود:

s2p6-s2p6-s2p6

و

s2p6d10-s2p610-s2p6d10

و حالت s2p6d10f14 اصلا در طبیعت وجود ندارد. یعنی عدد اتمی چنین عنصری بیشتر از 118 می شود.

●سوال چهارم:

ایا واقعا قابلیت مغناطیس شوندگی گادلینیم بیشتر از آهن است؟

با توجه به اینکه مشت های الکترونی Gd دارای ۱۸ الکترون و Fe دارای ۸ الکترون است، نسبت بین این دو، عدد ۲.۲۵ است. آیا این به معنای ذخیره نیروی تکانه ۲.۲۵ برابری Gd نسبت به Fe است؟ 

خیر. با توجه به اینکه در لایه دوم این عنصر،  s2p6 وجود دارد اگر چنانچه این لایه به عنوان لایه بر همزننده ایفاء نقش نکند(البته بعید است) امید هست که قابلیت مغناطیس شوندگی Gd در ازمایشگاه لااقل ده برابر باشد.(#محاسبات و علت این موضوع بعدا اضافه می شود)

توضیح بهتر:

فرض کنید فردی در مقابل یک دریاچه قرار دارد. در این حال سنگی به درون آب می افتد و موجی در آب که بر وسعت آن افزوده می شود، دایره وار، ایجاد می شود. در فرض دوم، فرد در مقابل دریاچه ای ایستاده است که صخره ای کوچک از دل آب در میان دریاچه بیرون زده است. در این حالت چنانچه سنگی به میان آب بیفتد، موج دایره وار و منظم تشکیل می شود و بر وسعت آن افزوده می شود،  اما وقتیکه به صخره می رسد، موج تخریب می شود. یعنی اغتشاش موجی پدید می آید. (چراکه مولکول های صخره در اینجا مولکول های آب متفاوت اند.)

~رفتار موج گونه مشتهای الکترونی در میدان مغناطیسی، ما را بر این می دارد که توجیه خوبی برای رفتارهای مغناطیسی فلزات وجود دارد و بنظرم بهترین توجیه، درنظر گرفتن بسته های الکترونی منظم باشد که با تحریک و ایجاد میدان مغناطیسی(توسط جریان الکتریسیته سیم پیچها) به صورت مشت و جمع شده در می آیند و دارای تکانه های منظم می شوند.

نکته: بردار نیروهای تکانه های مغناطیسی، در صفحه ای عمود بر صفحه بردار نیروهای تکانه های الکتریکی الکترون ها قرار دارد. الکترون ها در هنگام عبور جریان الکتریسیته از فلز، چنانچه فرضا در صفحه xy جنبش داشته باشند،  انگاه مجموع الکترون های فلز در هنگام ایجاد میدان مغناطیسی در صفحه xz و یا yz (بسته به جهت میدان مغناطیسی) دارای تکانه (برای ایجاد نیروی مغناطیسی) خواهند شد. پس یک مورد تفاوت میان عبور مستقیم جریان برق از درون فلز، با عبور جریان الکتریسیته در سیم پیچ به دور فلز، همین است.

عکس: جهت جریان الکتریکی و ارتباط با میدان مغناطیسی ایجاد شده، صفحات (3d) عمود بر هم جریان الکترون ها و بردار های نیروی مغناطیسی

موفق باشید.

# محاسبات و فرمول ها(بعلت اینکه قابلیت تایپ با موبایل ندارد) را نمی توان اضافه کرد. محاسبات با تایپ منظم و آراسته احتمالا بعدا اضافه شود.

# تمام نکات و قوانین فیزیکی بالا، در کتب معتبر فیزیکی موجود وهر کدام دارای اسم ویژه ای است که لازم ندیدم اسم آنها را ذکر کنم. اساتید خود کاملا آگاه و مسلط به آن قوانین هستند. و همچنین علت نیاوردن محاسبات و فرمول ها هم همین می تواند باشد.