Lista de átomos paramagnéticos

Contente

• Elementos Paramagnéticos vs. Diamagnéticos
• Calculando se um elemento é paramagnético ou diamagnético
• Uma lista de átomos paramagnéticos
• Compostos Paramagnéticos

Todos os átomos respondem de alguma forma aos campos magnéticos, mas eles respondem de maneira diferente, dependendo da configuração dos átomos que circundam o núcleo. Dependendo dessa configuração, um elemento pode ser diamagnético, paramagnético ou ferromagnético. Elementos que são diamagnéticos - que são na verdade todos eles, até certo ponto - são repelidos fracamente por um campo magnético, enquanto elementos paramagnéticos são fracamente atraídos e podem se tornar magnetizados. Os materiais ferromagnéticos também têm a capacidade de se magnetizar, mas, diferentemente dos elementos paramagnéticos, a magnetização é permanente. Tanto o paramagnetismo quanto o ferromagnetismo são mais fortes que o diamagnetismo; portanto, elementos que exibem paramagnetismo ou ferromagnetismo não são mais diamagnéticos.

Apenas alguns elementos são ferromagnéticos à temperatura ambiente. Eles incluem ferro (Fe), níquel (Ni), cobalto (Co), gadolínio (Gd) e - como os cientistas descobriram recentemente - rutênio (Ru). Você pode criar um ímã permanente com qualquer um desses metais, expondo-o a um campo magnético. A lista de átomos paramagnéticos é muito maior. Um elemento paramagnético se torna magnético na presença de um campo magnético, mas perde suas propriedades magnéticas assim que você remove o campo. A razão para esse comportamento é a presença de um ou mais elétrons não emparelhados na camada orbital externa.

Elementos Paramagnéticos vs. Diamagnéticos

Uma das descobertas mais importantes da ciência nos últimos 200 anos é a interconectividade de eletricidade e magnetismo. Como todo átomo possui uma nuvem de elétrons carregados negativamente, ele tem potencial para propriedades magnéticas, mas se ele exibe ferromagnetismo, paramagnetismo ou diamagnetismo depende de sua configuração. Para apreciar isso, é necessário entender como os elétrons decidem quais órbitas devem ser ocupadas ao redor do núcleo.

Os elétrons têm uma qualidade chamada rotação, que você pode visualizar como direção de rotação, embora seja mais complicado que isso. Os elétrons podem ter "rotação" (que você pode visualizar como rotação no sentido horário) ou "rotação" (rotação no sentido anti-horário). Eles se organizam em distâncias crescentes e estritamente definidas do núcleo chamado conchas, e dentro de cada concha existem subconchas que possuem um número discreto de orbitais que podem ser ocupados por no máximo dois elétrons, cada um com rotação oposta. Dizem que dois elétrons ocupando um orbital estão emparelhados. Seus giros se cancelam e eles não criam momento magnético líquido. Um único elétron que ocupa um orbital, por outro lado, não está emparelhado e resulta em um momento magnético líquido.

Elementos diamagnéticos são aqueles sem elétrons emparelhados. Esses elementos se opõem fracamente a um campo magnético, que os cientistas demonstram frequentemente levitando um material diamagnético, como grafite pirolítica ou um sapo (sim, um sapo!) Sobre um eletroímã forte. Elementos paramagnéticos são aqueles que possuem elétrons não emparelhados. Eles dão ao átomo um momento dipolo magnético líquido e, quando um campo é aplicado, os átomos se alinham com o campo e o elemento se torna magnético. Quando você remove o campo, a energia térmica intervém para randomizar o alinhamento e o magnetismo é perdido.

Calculando se um elemento é paramagnético ou diamagnético

Os elétrons enchem as conchas ao redor do núcleo de uma maneira que minimiza a energia líquida. Os cientistas descobriram três regras que eles seguem ao fazer isso, conhecido como Princípio de Aufbrau, Regra de Hunds e Princípio de Exclusão de Pauli. Aplicando essas regras, os químicos podem determinar quantos elétrons ocupam cada um dos sub-invólucros que circundam um núcleo.

Para determinar se um elemento é diamagnético ou paramagnético, é necessário apenas observar os elétrons de valência, que são aqueles que ocupam a sub-camada mais externa. Se o sub-invólucro mais externo contiver orbitais com elétrons não emparelhados, o elemento é paramagnético. Caso contrário, é diamagnético. Os cientistas identificam as subcascas como s, p, d e f. Ao escrever a configuração eletrônica, a convenção é preceder os elétrons de valência pelo gás nobre que precede o elemento em questão na tabela periódica. Gases nobres têm orbitais de elétrons completamente cheios, e é por isso que são inertes.

Por exemplo, a configuração eletrônica para magnésio (Mg) é 3s². O sub-invólucro mais externo contém dois elétrons, mas eles não são pareados, portanto o magnésio é paramagnético. Por outro lado, a configuração eletrônica do zinco (Zn) é 4s²3d¹⁰. Como não possui elétrons emparelhados em sua camada externa, o zinco é diamagnético.

Uma lista de átomos paramagnéticos

Você pode calcular as propriedades magnéticas de cada elemento escrevendo suas configurações eletrônicas, mas felizmente não é necessário. Os químicos já criaram uma tabela de elementos paramagnéticos. Eles são os seguintes:

Compostos Paramagnéticos

Quando os átomos se combinam para formar compostos, alguns desses compostos também podem exibir paramagnetismo pela mesma razão que os elementos. Se um ou mais elétrons não emparelhados existirem nos orbitais dos compostos, o composto será paramagnético. Exemplos incluem oxigênio molecular (O₂), óxido de ferro (FeO) e óxido nítrico (NO). No caso do oxigênio, é possível exibir esse paramagnetismo usando um eletroímã forte. Se você derramar oxigênio líquido entre os pólos de um ímã, o oxigênio se acumulará ao redor dos pólos quando ele se vaporiza para criar uma nuvem de gás oxigênio. Tente o mesmo experimento com nitrogênio líquido (N₂), que não é paramagnético, e nenhuma nuvem se formará.

Se você quisesse compilar uma lista de compostos paramagnéticos, teria que examinar as configurações eletrônicas. Como são os elétrons não emparelhados nas conchas externas de valência que conferem qualidades paramagnéticas, os compostos com esses elétrons devem fazer a lista. Isso nem sempre é verdade, no entanto. No caso da molécula de oxigênio, há um número par de elétrons de valência, mas cada um deles ocupa um estado de energia mais baixo para minimizar o estado geral de energia da molécula. Em vez de um par de elétrons em um orbital superior, existem dois elétrons não emparelhados nos orbitais inferiores, o que torna a molécula paramagnética.