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为什么只有少数的金属有磁性?金属磁性怎么来的?

上传时间:2016-02-01 11:18  来源:十万个为什么  手机版
  小时候特别喜欢玩的吸铁石总是让我们存在很多困惑,后来发现有磁性的金属总是很少,那么为什么只有少数的金属有磁性?为什么网为您解答~
为什么只有少数的金属有磁性?金属磁性怎么来的?
  我们根据物质磁化后对磁场的影响,可以把物质分为三类:a)使磁场减弱的物质称为抗磁性物质,b)使磁场略有增强的物质称为顺磁性物质,c)使磁场强烈增加的物质称为铁磁性物质。事实上,包括空气在内所有的物质都能被磁化,只是难度不一样而已。
 
为什么只有少数的金属有磁性?
  可以等价于问:为什么只有少数金属是铁磁性的,而大部分金属是非铁磁性(即抗磁性和顺磁性)?
  这个得从金属磁化的物理本质说起:近代物理证明,构成物质的原子由原子核和电子所构成,每个电子都在作循轨和自旋运动,物质的磁性就是由于电子的这些运动产生的。对于金属来说,金属是由点阵的离子和自由电子构成。在磁场的作用下电子运动会产生抗磁磁矩,与此同时,点阵的离子和自由电子会产生顺磁磁矩。
 
下面,我们分析下各种金属的磁特性。
 
1、金属的抗磁性和顺磁性(金属的非铁磁性)
  金属中铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、鎘(Cd)、汞(Hg)等,它们的离子所产生的抗磁性大于自由电子的顺磁性,因此是抗磁性物质。
  在元素周期表中接近非金属的一些金属元素,如锑(Sb)、铋(Bi)、镓(Ga)与锡(Sn)等,它们的自由电子在原子价增加时逐步向共价结合过渡,而共价电子的磁矩互相抵消,因此表现出异常的抗磁性。
  所有碱金属都是顺磁性物质,碱土金属(除“铍”外)也都是顺磁性的,这是由于它们的自由电子所产生的顺磁性占主导地位。
  碱金属指元素周期表ⅠA族元素中所有的金属元素,包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)六种。
  碱土金属指元素周期表中Ⅱ A族元素,包括铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)六种。
  三价金属铝(Al)、硒(Se)、镧(La)也是顺磁性,它们的顺磁性主要是由自由电子或离子的顺磁性所决定。
  稀土金属也是顺磁性,而且磁性较强,这是因为这些元素的原子4f层或5d层没有填满,存在着未能抵消的自旋磁矩所造成。
  钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)等过渡族元素,它们的3d层未被填满,自旋磁矩未被抵消或而产生强烈的顺磁性。
 
2、金属的铁磁性
  对于铁磁性金属来说,不大的外磁场便会使它强烈磁化,很容易被磁铁吸附。
铁磁性金属的原子磁矩主要来源于电子的自旋磁矩,即使在没有外磁场的条件下,就可以形成一个个小的“自发磁化区”,我们称之为“磁畴”。
  正是由于在每个磁畴中原子的磁矩已完全排列起来,所以在一个不太强的外磁场,就可以产生一个很强的磁化强度,即楼主认为的“有磁性”。
 
为什么只有少数的金属有磁性?
  重新回到问题的起点,金属的磁性是由其原子结构特性决定的,常温下,只有少数的金属可以形成自发磁化区——“磁畴”,所有只有少数金属有磁性。
  至于铁磁性金属为什么会形成磁畴的原因,涉及量子力学理论:铁磁性物质内部相邻原子的电子之间有一种静电交换作用,正是这种静电交换作用迫使各原子的磁矩平行或者反向平行排列,使得一个小区域内的各个原子的磁矩按同一方向排列,最终形成自发磁化区域——磁畴。
  铁磁性金属与非铁磁性金属的磁化机制有着很大差异,由于不能自发形成磁化区域,所以非铁磁性金属(常见的有镁、铝、铜、钛、奥氏体不锈钢)的磁性很弱,无法形成明显的SN两极。