Парамагнетизъм и диамагнетизъм

Вече видяхме, че позволените стойности за спиновото квантово число са +1/2 и -1/2, така че един електрон може да има спин нагоре или спин надолу. И, помни, спин е в кавички, понеже всъщност не можем да визуализираме електрон, въртящ се около осите си. Той всъщност не прави това. Така че просто го наричаме спиново квантово число. Да кажем, че имаме два електрона и всеки от електроните ни има спин нагоре. Да видим дали мога да начертая тази ситуация. Имаме два електрона със спин нагоре. Един електрон е движещ се заряд. Движещите се заряди създават магнитни полета. Един електрон всъщност е един малък магнит. И когато имаш два електрона с паралелни спинове, магнитните полета на тези електрони се събират. Наричаме тази ситуация парамагнитна. Тази ситуация тук е парамагнитна. Магнитните полета на електроните се събират. Ако имаш ситуация, при която един от електроните е със спин нагоре, а другият електрон е със спин надолу, магнитните полета на тези електрони ще изключват взаимно. И наричаме тази ситуация диамагнитна. Нека дадем някои по-добри определения за парамагнетизъм и диамагнетизъм. Нека се придвижим надолу. Да разгледаме определението за парамагнетизъм. Нещо, което е парамагнетично, има един или повече електрони, които не са в двойка. Говорихме за пример, при който имахме два несъчетани електрона. Но, разбира се, можеш да имаш само един несъчетан електрон. Това е като малък магнит със свое собствено магнитно поле. И нещо, което е парамагнитно, е притегляно към външно магнитно поле. То е привличано от външно магнитно поле. И можем да открием дали една проба е парамагнитна, или не е, като използваме тази специална везна, която имам тук. Имам тази картинка на везна. Да кажем, че парамагнитната ни проба е тук. Ето тук в пурпурно. И все още не сме включили магнита. Тук имаме един магнит. Има северен и южен полюс. Преди да включа магнита, да кажем, че парамагнитната ни проба е балансирана от някакво балансиращо тегло тук вдясно. Ето тук има опорна точка, но всичко е перфектно балансирано. Нека сега включим магнита. Включваме магнита и линиите на магнитното поле преминават от северния към южния полюс. И ако имаме парамагнитна проба с един или повече несъчетани в двойка електрона, нашата парамагнитна проба е привлечена към това външно магнитно поле, което току-що включихме. И е привлечена надолу. Цялата тази част е привлечена надолу. И нека преначертая това тук. Цялото това нещо ще бъде привлечено надолу към магнитното поле. Парамагнитната ни проба е привлечена към магнитното поле. Какво означава това за нашия баланс? Разбира се, това ще привлече тази страна надолу. И ще привлече това, и нашата везна ще се завърти около тази ос. Тази част ще отиде нагоре. Проста физика. Това тегло ще отиде нагоре. Сякаш парамагнитната ни проба е придобила допълнително тегло. Разбира се, тя не е станала по-тежка, просто изпитва влиянието на дадена сила. Има магнитна сила, понеже това е парамагнитно вещество. И тази везна ни позволява да открием дали нещо е парамагнитно, или не е. Нека разгледаме определението на диамагнитно. При диамагнетизма всички електрони са съчетани по двойки. Ако имаме спин нагоре, имаме и спин надолу. Магнитните полета се изключват взаимно. Така че една диамагнитна проба не би била привлечена към външно магнитно поле. Всъщност тя произвежда свое собствено магнитно поле в противоположна посока. Така че всъщност тя е слабо отблъсната от външно магнитно поле. Имаме тези две определения. Парамагнитно и диамагнитно. И можем да открием дали атомите или йоните са парамагнитни, или диамагнитни, като запишем електронните конфигурации. Нека разгледаме съкратена версия на периодичната таблица. Нека разгледаме някои от елементите. И нека открием дали тези елементи са пара-, или диамагнитни. Да започнем с хелий. Хелият е ето тук. Трябва да запишем електронната конфигурация за хелия. Това ще е 1s2 и после получаваме 1s2. Приемам, че вече знаеш как да запишеш електронните конфигурации. Имаме 1s2, което означава, че имаме два електрона в 1s орбитала. Това е нашата 1s орбитала. Имаме два електрона и те трябва да са със съчетани спинове. Така че електроните са напълно съчетани по двойки и това означава, че хелият е диамагнитен. Хелият е диамагнитен. По-точно, хелиевите атоми. Нека след това преминем към въглерода. Да намерим въглерода. Нека променя цветовете. Ето го въглерода в периодичната таблица. Ако исках да запиша електронна конфигурация за въглерода, това щеше да е 1s2. Ще започна от 1s2. После имаме 2s2. 2s2. И после сме в 2р1 и после 2р2. 1s2 2s2 2р2 е електронната конфигурация за въглерода. Ако го запишеш орбиталното обозначение... Тук ще имаме 1s орбитала. И нашата 2s орбитала е тук. После имаме три 2р орбитали. Ще поставим електроните. Имаме 6 електрона. 2 в 1s орбиталата. Поставяме ги. Два в 2s орбиталата. Поставяме ги. И помниш правилото на Хунд, нали? Имаме два електрона в р орбиталата. Но не съчетаваме тези спинове. Не съчетаваме тези спинове по двойки. Така че имаме... Имаме несъчетани по двойки електрони. За въглерода имаме несъчетани по двойки електрони, когато начертаем орбиталното обозначение. И несъчетани електрони означава, че въглеродът е парамагнитен. Въглеродът е парамагнитен. Въглеродните атоми имам предвид. Нека да се заемем с натрия. Да намерим натрия тук долу. Ето го натрия. Трябва да запишем електронната конфигурация. Това ще е 1s2. Нека запишем 1s2 тук. 2s2 и после имаме 2р6. 2р1, 2р2, 2р3, 2р4, 2р5, 2р6. Тоест 2р6. Това ни води до 3s орбиталата. Един електрон в 3s орбиталата. 3s1. 1s2 2s2 2p6 3s1. Това е електронната конфигурация на натрия. Ако направим това с електронно обозначение... Тогава ще имаме 1s орбитала. В 1s орбиталата имаме 2 електрона. 2s орбитала и в 2s орбиталата имаме 2 електрона. 2р орбитали... Имаме 1, 2, 3, 4, 5, 6. И после имаме 3s1. Имаме 3s орбиталата ето тук. Един електрон в 3s орбиталата. Ще забележим един несъчетан в двойка електрон. Несъчетан електрон означава парамагнетизъм. Натрий... Натрият е парамагнитен. Е, натриевият атом поне. И накрая, нека се заемем с натриевия йон. Na+. Натриевият атом има равен брой протони и електрони. Но при натриевия йон сме изгубили един от тези електрони. Ще изгубим най-външния електрон. Натриевият йон има ето това за електронна конфигурация. 1s2 2s2 2p6. И губим този един електрон. Забележи, при йона сега имаме само съчетани по двойки електрони. Всичко тук е съчетано. И ако имаш само съчетани по двойка електрони, тогава говорим за диамагнетизъм. Докато натриевият атом е парамагнитен, натриевият йон е диамагнитен. Тоест тук става въпрос за записване на електронните конфигурации и размисъл върху определенията за парамагнетизъм и диамагнетизъм.