Kas tsingi magnet on? See küsimus tekib sageli selle mitmekülgse metalli arutamisel. Vaatamata laialt levinud kasutamisele pole tsink magnetiline. Erinevalt rauast või niklist puuduvad tsingi aatomstruktuuril paarimata elektronid, mis muudab selle diamagnetiliseks. See tähendab, et see tõrjub nõrgalt magnetvälju, selle asemel, et neid meelitada.
Tsingi mittemagnetiline olemus on väärtuslik erinevates rakendustes, eriti kui tuleb vältida magnetilisi häireid. Alates korrosioonikindlatest kattekihtidest kuni elektromagnetilise varjestuseni elektroonikas muudavad tsingi ainulaadsed omadused tänapäevases tööstuses hädavajalikuks.
Tsingi mittemagnetilise iseloomu mõistmine ei selgita mitte ainult ühist eksiarvamust, vaid rõhutab ka mitmekesiste materiaalsete omaduste olulisust tehnoloogias ja Die casting tootmine.
1. Mis on tsink ja mis on magnetism
Tsink, sinakasvalge metall, millel on aatomnumber 30, mängib erinevates tööstusharudes üliolulist rolli. Andreas Marggrafi poolt 1746. aastal metallilisel kujul avastatud tsink on muutunud tänapäevases elus hädavajalikuks. USA geoloogiakeskuse andmetel ulatus globaalne tsingi tootmine 2020. aastal umbes 13,2 miljoni tonni, tuues välja selle olulisuse tööstusmaailmas.
Materjalide magnetiliste omaduste mõistmine on hädavajalik paljude rakenduste jaoks, alates igapäevastest vidinatest kuni tipptasemel tehnoloogiateni. Kui me uurime tsingi suhteid magnetismiga, paljastame põnevaid teadmisi selle mitmekülgse elemendi ja selle ainulaadse koha kohta perioodilises tabelis.
2. tsingi magnetiline olemus
2.1 Tsingi klassifikatsioon
Tsink kuulub diamagnetiliste materjalide kategooriasse. See klassifikatsioon võib tunduda keeruline, kuid see tähendab lihtsalt, et tsinkil on magnetväljadega kokkupuutel nõrk tõrjumine. Tsingi diamagnetilist omadust kvantifitseeritakse selle magnetilise tundlikkuse abil, mis on toatemperatuuril umbes -1,56 × 10⁻⁵ (mõõtmeteta Si ühikud).
2.2 Magnetvastus
Välise magnetväljale allutades on tsingi vastus üsna erinev sellest, mida me tavalistes magnetilistes materjalides täheldame, näiteks raud. Selle asemel, et meelitada, tõukab tsink nõrgalt magnetilisest allikast eemale. Sellist käitumist saab näidata Faraday meetodi abil, kus õhukese niidi abil riputatud väike tsingi tükk tõrjutakse pisut, kui selle lähedale tuuakse tugev magnet.
Selle käitumise illustreerimiseks kaaluge järgmist tabelit, kus võrreldakse magnetilisi tundlikkust:
| materjali tüüpi | magnet tundlikkus (χ) | näited |
| Ferromagnetiline | Suur positiivne (> 1000) | Raud (χ ≈ 200 000) |
| Paramagneetiline | Väike positiivne (0 kuni 1) | Alumiinium (χ ≈ 2,2 × 10⁻⁵) |
| Diamagnetiline | Väike negatiivne (-1 kuni 0) | Tsink (χ ≈ -1,56 × 10⁻⁵) |
3. Miks tsink pole magnetiline
3.1 Tsingi aatomstruktuur
Tsingi magnetiliste omaduste puudumist saab jälgida elektronide konfiguratsioonist. Elektronide paigutus tsingi väliskoores mängib selle magnetilise käitumise määramisel üliolulist rolli.
Tsingi elektronide konfiguratsioon on [AR] 3D⊃1; ⁰4S⊃2;. See tähendab, et kõik tsingi elektronid on paaritanud, jättes selle kõige kaugemasse orbitaali paarimata elektronid. Paarimata elektronide puudumine on võtmetähtsusega, miks tsink ei oma magnetilisi omadusi.
Selle visualiseerimiseks võrdleme Zinci elektronide konfiguratsiooni magnetilise elemendi omaga:
| Elemendi | elektronide konfiguratsioon | paarimata elektronidega |
| Tsink | [AR] 3D⊃1; ⁰4S⊃2; | 0 |
| Triikraud | [AR] 3D⁶4S⊃2; | 4 |
3.2 Magnetiline hetk tsingis
Täielikult paaritud elektronide tõttu on tsingi magnetiline hetk null. See vastandub järsult ferromagnetilistele materjalidele nagu raud, millel on paarimata elektronid, mis võivad joonduda magnetväljaga, luues neto magnetilise hetke.
Aatomi magnetilise hetke (μ) saab arvutada valemi abil:
μ = √ [n (n+2)] μb
Kus n on paarimata elektronide arv ja μb on bohr -magneton (9,274 × 10⁻⊃2; ⁴ j/t).
Tsingi jaoks: n = 0, seega μ = 0 raua jaoks: n = 4, seega μ ≈ 4,90 μb
4. Tsingi magnetilisi omadusi mõjutavad tegurid
4.1 Puhtus ja lisandid
Ehkki puhas tsink on diamagnetiline, võivad lisandid mõnikord muuta selle magnetilist käitumist. Teatud lisandid võivad tekitada lokaliseeritud magnetmomente, põhjustades potentsiaalselt nõrga paramagnetilise käitumise. Kuid see efekt on tavaliselt nii minimaalne, et see jääb igapäevastes rakendustes märkamatuks.
Ajakirjas Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2018) avaldatud uuringus leiti, et 5% mangaaniga leotatud tsingi nanoosakesed näitasid toatemperatuuril nõrka ferromagnetilist käitumist, küllastusmagnetiseerimisega 0,08 EMU/g.
4.2 Temperatuur
Temperatuur mängib rolli ka tsingi magnetkäitumises. Temperatuuri tõustes vähenevad lisandite tõttu kõik potentsiaalsed magnetilised mõjud. See juhtub seetõttu, et soojusenergia häirib elektronide joondamist, vähendades väikseid magnetilisi kalduvusi.
Diamagnetiliste materjalide nagu tsingi temperatuuri ja magnetilise tundlikkuse suhe järgib Curie seadust:
χ = C / T
Kus C on kurie konstant ja t on absoluutne temperatuur. Tsingi jaoks on temperatuurisõltuvus väga nõrk, muutumine on vähem kui 1% temperatuuride vahemikus 100K kuni 300 000.
5. Kas tsink saab magnetiliseks?
5.1 Legeerimine
Kuigi puhas tsink ei saa magnetiliseks, võib selle legeerimine ferromagnetiliste materjalidega luua magnetiliste omadustega ühendeid. Näiteks kasutatakse magnetiliste andurite tootmisel mõnda tsingisulamit. Oluline on märkida, et neil sulamitel on lisatud elementide, mitte tsingi enda tõttu magnetilised omadused.
Näide tsingipõhisest magnetilisest sulamist:
| sulami nime | kompositsiooni | magnetilise omaduse | rakendus |
| Znfe₂o₄ | Tsingiferriit | Ferrimagnetiline | Magnetsüdamike, andurid |
5.2 Eritingimused
Teatud spetsialiseeritud tingimustes võivad tsingipõhised ühendid ilmneda magnetilisi omadusi:
Tsingi ferriit (Znfe₂o₄): sellel ühendil on rauaioonide olemasolu tõttu ferrimagnetilised omadused. Selle kurie temperatuur on umbes 10 ° C, mille kohal see muutub paramagnetiliseks.
Legeeritud tsinkoksiidi nanostruktuurid: ajakirjas Nanoskaala Research Letters (2010) avaldatud uuringud näitasid, et 5% koobaltiga leotatud ZnO nanostruktuurid näitasid toa-temperatuuri ferromagnetismi küllastusmagnetiseerimisega 1,7 EMU/g.
6. Rakendused, mis kasutavad Zinci mittemagnetilist olemust
6.1 Elektrilised komponendid
Tsingi mittemagnetiline olemus muudab selle elektrilistes rakendustes väärtuslikuks. See on eriti kasulik elektromagnetilise varjestuse korral, kus see saab blokeerida elektromagnetilised väljad, muutumata iseendaks. Tsingi efektiivsust EMI varjestuses saab kvantifitseerida selle varjestuse efektiivsuse (SE) abil, mis on tavaliselt umbes 85–95 dB 0,1 mm paksuse tsingilehe korral kiirusel 1 GHz.
6.2 Magnetiline varjestus
Tsingi võime magnetilisi väljasid pisut tõrjuda muudab selle suurepäraseks valikuks magnetiliste varjestuste rakenduste jaoks. Seda kasutatakse tundlike seadmete kaitsmiseks väliste magnetiliste häirete eest, tagades täpse jõudluse erinevates seadmetes.
Erinevate materjalide varjestuse tõhususe võrdlev tabel:
| materjali | varjestuse efektiivsus (DB) 1 GHz juures |
| Tsink | 85-95 |
| Vask | 90-100 |
| Alumiinium | 80-90 |
7. Tsingi võrdlemine magnetiliste ja mittemagnetiliste metallidega
7.1 magnetilised metallid
Erinevalt tsingist omavad ferromagnetilised metallid nagu raud, nikkel ja koobalt tugevad magnetilised omadused. Neid materjale saab hõlpsasti magnetiseerida ja säilitada oma magnetismi, muutes need selliste rakenduste jaoks nagu elektrimootorid ja generaatorite jaoks ülioluline.
7.2 Muud mittemagnetilised metallid
Tsink pole oma mittemagnetilise olemuse poolest üksi. Ka muud tavalised metallid, nagu vask, kuld ja alumiinium, ei avalda olulisi magnetilisi omadusi. Kuid kõigil neil metallidel on ainulaadne omaduste kogum, mis muudavad need sobivaks erinevateks rakendusteks.
Magnetiliste omaduste ja rakenduste võrdlus:
| metalli | magnet tundlikkus (χ) | võtmerakendused |
| Tsink | -1,56 × 10⁻⁵ | Galvaniseerimine, sulamid, varjestus |
| Vask | -9,63 × 10⁻⁶ | Elektrijuhtmed, soojusvahetid |
| Kuldne | -3,44 × 10⁻⁵ | Ehted, elektroonika, ravim |
| Alumiinium | 2,2 × 10⁻⁵ | Lennundus, ehitamine, pakendid |
8. Kokkuvõte
Vastates küsimusele 'Kas tsingi magnetiline? ', Oleme paljastanud, et puhas tsink pole magnetiline. Selle diamagnetiline olemus tähendab, et see tõrjub nõrgalt magnetvälju, mitte ei köida neid. See omadus tuleneb tsingi aatomstruktuurist, eriti selleta, et puudub paarimata elektronid.
Kuigi tsink ise pole magnetiline, osutub selle mittemagnetiline olemus erinevates rakendustes hindamatuks. Alates tundlike seadmete varjestamisest kuni spetsialiseeritud sulamite alusena on tsingi ainulaadsed atribuudid jätkuvad selle oluliseks elemendiks tänapäevases tehnoloogias ja tööstuses.
Materjalide nagu tsingi magnetiliste omaduste mõistmine on tehnoloogia edendamiseks ja inseneriprobleemide uuenduslike lahenduste leidmiseks ülioluline. Uuringute jätkudes võime selle mitmekülgse metalli jaoks veelgi põnevamaid rakendusi avastada, magnetiliselt või mitte.
Korduma kippuvad küsimused: tsink ja magnetism
Kas tsingi magnet on?
Ei, puhas tsink pole magnetiline. See klassifitseeritakse diamagnetiliseks materjaliks, mis tähendab, et see tõrjub nõrgalt magnetvälju.
Kas tsink võib mingil juhul muutuda magnetiliseks?
Puhas tsink ei saa püsivalt magnetiliseks muutuda. Kuid kui legeerida teatud ferromagnetilisi materjale või väga tugevate magnetväljade juuresolekul, võivad tsingipõhised ühendid olla nõrgad magnetilised omadused.
Miks pole tsingi magnetiline?
Tsink pole elektronide konfiguratsiooni tõttu magnetiline. Sellel on täielik 3D -alamkell, mille tulemuseks pole paarimata elektrone, mis on vajalikud ferromagnetiliseks käitumiseks.
Kuidas tsink suhtleb magnetidega?
Tsink tõrjub selle diamagnetilise olemuse tõttu nõrgalt magneteid. See tõrjumine on tavaliselt väga nõrk ja pole igapäevastes olukordades sageli märgatav.
Kas on mingeid tsingisulameid, mis on magnetilised?
Jah, mõned tsingisulamid võivad olla magnetilised. Näiteks võivad teatud tsingi- või tsingi-nikli sulamid raua või nikli ferromagnetilise olemuse tõttu olla magnetilised omadused.
Kas tsingi mittemagnetilisel olemusel on praktilisi rakendusi?
Jah. Tsingi mittemagnetiline omadus on kasulikuks rakendustes, kus magnetilisi häireid tuleb minimeerida, näiteks teatud elektrooniliste komponentide või magnetilise varjestuse korral.
Kas magneti testi saab kasutada puhta tsingi tuvastamiseks?
Ehkki tsinki ei köida magnet, ei piisa ainult magnetsti testist puhta tsingi tuvastamiseks. Paljud teised mittemagnetilised metallid võisid tsingi vastu eksida. Täpse tuvastamiseks on vaja täiendavaid teste.
