Reacties
Theo de Klerk
op
03 april 2023 om 16:05
Elk elektron produceert een magnetisch veld. Elk ander deeltje met zijn eigen magneetveld zal zijn gedrag daarop zo mogelijk aanpassen zodat een toestand van minste energie ontstaat zonder quantum regels te schenden (velden gelijk of tegengesteld richten). De stapeling van atomen (met hun elektronen) bepaalt de invloed die buuratomen uitoefenen. Klaarblijkelijk zijn sommige stapelingen van ijzer zodanig dat er weinig of geen meetbaar extern magnetisch veld overblijft. "Alleen anders gestapeld" kan hier van grote betekenis zijn. Voor austenite ijzer betekent dit paramagnetisme.
Zie voor details ook https://en.wikipedia.org/wiki/Austenite
Zie voor details ook https://en.wikipedia.org/wiki/Austenite
Jaap
op
08 april 2023 om 22:42
Dag Marjolein,
a. Vooraf: er zijn verschillende soorten magnetische stofeigenschappen, waaronder ferromagnetisme en paramagnetisme. Zuiver ijzer is bij kamertemperatuur een ferromagnetische stof. Met een magneet kun je een stuk ijzer 'magnetisch maken' zodat het ijzervijlsel kan aantrekken. Als je het ijzer verhit tot boven de Curietemperatuur van 771 ºC, verliest het ijzer zijn ferromagnetische eigenschap en wordt het paramagnetisch.
Een stuk paramagnetisch materiaal wordt ook door een magneet aangetrokken, maar veel zwakker dan ferromagnetisch materiaal. Daarom is een paramagnetisch materiaal in het dagelijks spraakgebruik 'niet magnetisch'.
b. Ferromagnetisme van elementen komt weinig voor: ijzer, nikkel en kobalt. Bij ferromagnetisme bestaan Weiss-gebiedjes (een klein stuk materiaal) waarin het 'magnetisch dipoolmoment' van atomen enigszins geordend is. Alsof de 'kompasnaalden' van de atomen in dezelfde richting wijzen. Hierbij speelt behalve de spin van elektronen ook hun baanimpulsmoment (de 'draaiing om de atoomkern') en de energietoestand een rol. Boven de Curietemperatuur bewegen de atomen zo heftig, dat de ordening verloren gaat en daarmee ook het ferromagnetisme. Ferromagnetisch ijzer wordt dan paramagnetisch.
c. Zowel ferromagnetisme als paramagnetisme kan alleen optreden in een materiaal met ongepaarde elektronen. Veel stoffen, waaronder de meeste metalen, zijn in vaste vorm paramagnetisch. Omdat bij ferromagnetisme behalve ongepaarde elektronen ook ordening van magnetische momenten nodig is, zou je ruwweg kunnen zeggen dat paramagnetisme de regel is en ferromagnetisme de uitzondering. Zo gezien is het paramagnetisme van zuiver ijzer tussen 771 ºC en 1394 ºC 'normaal' en is het ferromagnetisme onder 771 ºC 'bijzonder'.
d. Je schrijft dat ferritisch ijzer een kubus ruimelijk gecentreerd rooster heeft (Engels: 'alpha iron' met een 'body-centered cubic crystalline structure', bcc). Je noemt ferritisch ijzer 'wel magnetisch'.
En je schrijft dat austenitisch ijzer een kubus vlakken gecentreerd rooster heeft (Engels: 'gamma iron' met een 'face-centered cubis crystalline structure', fcc). Je noemt austenitisch ijzer 'niet magnetisch'.
Let wel: de overgang van ferritisch naar austenitisch ijzer treedt niet op bij de Curietemperatuur 771 ºC van ijzer, maar bij 912 ºC. Ferritisch ijzer is nog ferromagnetisch ('wel magnetisch') tussen 771 ºC en 912 ºC, terwijl de roosterstructuur nog bcc is.
Dit wijst erop dat de kwestie 'ferromagnetisch of paramagnetisch' niet alleen door de roosterstructuur wordt bepaald.
Voor een verklaring van beide typen magnetisme is quantummechanica nodig. Theorieën zijn opgesteld door enkele van de grootste natuurkundigen van de vorige eeuw, waaronder Landau, Pauli, Dirac en Pierre Curie. Maar een sluitende verklaring waardoor sommige metalen ferromagnetisch zijn en de meeste andere niet, ontbreekt nog. Het is niet alleen een kwestie van ongepaarde elektronen, van elektronenspin en roosterstructuur.
Het opschrift van je inzending luidt nu: 'Wordt de spin van elektronen beïnvloed door het soort rooster waar het atoom in zit?' Het is voorstelbaar dat dit tot op zekere hoogte een kip-en-ei-kwestie is. Het is aannemelijk dat het rooster invloed heeft op de ordening van de elektronspins. Het is ook voorstelbaar dat de spins invloed hebben op de vraag of het rooster ferritisch of austenitisch is.
Hoe dit ook zij, het is niet allesbepalend voor de vraag of een stuk ijzer ferromagnetisch of paramagnetisch is.
Hieronder enkele vindplaatsen van Engelstalige informatie.
Groet, Jaap
https://en.wikipedia.org/wiki/Allotropes_of_iron
https://en.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetism
https://en.wikipedia.org/wiki/Paramagnetism
a. Vooraf: er zijn verschillende soorten magnetische stofeigenschappen, waaronder ferromagnetisme en paramagnetisme. Zuiver ijzer is bij kamertemperatuur een ferromagnetische stof. Met een magneet kun je een stuk ijzer 'magnetisch maken' zodat het ijzervijlsel kan aantrekken. Als je het ijzer verhit tot boven de Curietemperatuur van 771 ºC, verliest het ijzer zijn ferromagnetische eigenschap en wordt het paramagnetisch.
Een stuk paramagnetisch materiaal wordt ook door een magneet aangetrokken, maar veel zwakker dan ferromagnetisch materiaal. Daarom is een paramagnetisch materiaal in het dagelijks spraakgebruik 'niet magnetisch'.
b. Ferromagnetisme van elementen komt weinig voor: ijzer, nikkel en kobalt. Bij ferromagnetisme bestaan Weiss-gebiedjes (een klein stuk materiaal) waarin het 'magnetisch dipoolmoment' van atomen enigszins geordend is. Alsof de 'kompasnaalden' van de atomen in dezelfde richting wijzen. Hierbij speelt behalve de spin van elektronen ook hun baanimpulsmoment (de 'draaiing om de atoomkern') en de energietoestand een rol. Boven de Curietemperatuur bewegen de atomen zo heftig, dat de ordening verloren gaat en daarmee ook het ferromagnetisme. Ferromagnetisch ijzer wordt dan paramagnetisch.
c. Zowel ferromagnetisme als paramagnetisme kan alleen optreden in een materiaal met ongepaarde elektronen. Veel stoffen, waaronder de meeste metalen, zijn in vaste vorm paramagnetisch. Omdat bij ferromagnetisme behalve ongepaarde elektronen ook ordening van magnetische momenten nodig is, zou je ruwweg kunnen zeggen dat paramagnetisme de regel is en ferromagnetisme de uitzondering. Zo gezien is het paramagnetisme van zuiver ijzer tussen 771 ºC en 1394 ºC 'normaal' en is het ferromagnetisme onder 771 ºC 'bijzonder'.
d. Je schrijft dat ferritisch ijzer een kubus ruimelijk gecentreerd rooster heeft (Engels: 'alpha iron' met een 'body-centered cubic crystalline structure', bcc). Je noemt ferritisch ijzer 'wel magnetisch'.
En je schrijft dat austenitisch ijzer een kubus vlakken gecentreerd rooster heeft (Engels: 'gamma iron' met een 'face-centered cubis crystalline structure', fcc). Je noemt austenitisch ijzer 'niet magnetisch'.
Let wel: de overgang van ferritisch naar austenitisch ijzer treedt niet op bij de Curietemperatuur 771 ºC van ijzer, maar bij 912 ºC. Ferritisch ijzer is nog ferromagnetisch ('wel magnetisch') tussen 771 ºC en 912 ºC, terwijl de roosterstructuur nog bcc is.
Dit wijst erop dat de kwestie 'ferromagnetisch of paramagnetisch' niet alleen door de roosterstructuur wordt bepaald.
Voor een verklaring van beide typen magnetisme is quantummechanica nodig. Theorieën zijn opgesteld door enkele van de grootste natuurkundigen van de vorige eeuw, waaronder Landau, Pauli, Dirac en Pierre Curie. Maar een sluitende verklaring waardoor sommige metalen ferromagnetisch zijn en de meeste andere niet, ontbreekt nog. Het is niet alleen een kwestie van ongepaarde elektronen, van elektronenspin en roosterstructuur.
Het opschrift van je inzending luidt nu: 'Wordt de spin van elektronen beïnvloed door het soort rooster waar het atoom in zit?' Het is voorstelbaar dat dit tot op zekere hoogte een kip-en-ei-kwestie is. Het is aannemelijk dat het rooster invloed heeft op de ordening van de elektronspins. Het is ook voorstelbaar dat de spins invloed hebben op de vraag of het rooster ferritisch of austenitisch is.
Hoe dit ook zij, het is niet allesbepalend voor de vraag of een stuk ijzer ferromagnetisch of paramagnetisch is.
Hieronder enkele vindplaatsen van Engelstalige informatie.
Groet, Jaap
https://en.wikipedia.org/wiki/Allotropes_of_iron
https://en.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetism
https://en.wikipedia.org/wiki/Paramagnetism
