Взаємодія мінералів з магнітним полем
Людство знайоме з магнетизмом щонайменше 5000 років, і протягом століть вчені намагалися зрозуміти, що спричиняє цю загадкову силу. Лише в ХХ столітті після відкриття електричного заряду електрона ми отримали більш повне уявлення про природу магнетизму.
Магнітні властивості є результатом взаємодії магнітних моментів окремих атомів або молекул. Магнітний момент – це міра сили, з якою магнітне поле діє на об’єкт. У випадку мінералів магнітний момент визначається магнітним моментом іонів, що містяться в мінералі.
Види магнітних матеріалів
Існує кілька класів магнітних матеріалів, що відрізняються за магнітними властивостями. Сюди відносяться:
- Феромагнетики: Найсильнішим типом магнітів є феромагнетики, до яких відносяться метали і сплави заліза, кобальту і нікелю. Ці матеріали мають спонтанну магнітну впорядкованість, тобто їх атоми вирівнюються в одному напрямку навіть за відсутності зовнішнього магнітного поля.
- Парамагнетики: Цей тип магнітів є слабомагнітними і не має спонтанної магнітної впорядкованості. Їх атоми або молекули мають власний магнітний момент, але вони орієнтовані хаотично, що призводить до відсутності або дуже слабкої магнітної реакції на зовнішнє магнітне поле.
- Діамагнетики: Цей тип матеріалів не притягуються магнітом і мають слабкий відштовхувальний ефект. У них усі електрони сполучені в пари, тому загальний магнітний момент дорівнює нулю. Діамагнітні матеріали, такі як мідь, золото і срібло, відштовхуються від магніту, оскільки їх магнітні моменти протистоять зовнішньому магнітному полю.
- Антиферомагнетики: Антиферомагнетики мають атоми або молекули з неспареними електронами, однак їх спіни вирівнюються антипаралельно один до одного, що призводить до відсутності загального магнітного моменту. Цей тип магнітів має слабку магнітну реакцію на зовнішнє магнітне поле, але вона протилежна до такої у феромагнетиків.
- Ферримагнетики: Ферримагнетики є подібними до феромагнетиків, але мають більш складну структуру. У ферримагнетиках іони металів мають різні магнітні моменти, і вони орієнтовані антипаралельно один до одного, але не повністю компенсують один одного, що призводить до наявності загального магнітного моменту. Прикладом ферримагнетика є магнетит (Fe3O4).
Магнітні властивості мінералів: взаємодія з магнітним полем
Магнітні властивості мінералів визначаються магнітними властивостями їх атомів і магнітною структурою мінералів (розміщенням і взаємодією атомів). По своїй суті всі мінерали є магнетиками – вони здатні намагнічуватися в магнітному полі. Найбільш чітко ця властивість виявляється у мінералів, які містять атоми, що мають власний магнітний момент, зумовлений наявністю неспарених електронів. Їх магнітність пропорційна кількості неспарених електронів, кожний з яких має елементарний магнітний заряд в 1МБ (магнетон Бора=0.92710-20CGSM). До них належать іони перехідних металів, а також лантаноїди і актиноїди: Fe3+, Mn2+, Fe2+, Mn3+, Mn4+, Cr3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, TR3+, U4+.
Застосування магнітних властивостей мінералів
Магнітні властивості мінералів мають важливе практичне застосування в різних галузях науки і техніки. Ось деякі приклади:
- Мінеральна магніторозвідка: Магнітні властивості мінералів використовуються для виявлення і розвідки рудних родовищ, нафтових і газових родовищ, а також археологічних артефактів.
- Магнітні сепаратори: Магнітні властивості мінералів використовуються для відділення магнітних матеріалів від немагнітних. Цей процес використовують для збагачення корисних копалин, переробки відходів та вирішення екологічних проблем.
- Магнітні носії інформації: Магнітні властивості мінералів використовуються для запису, зберігання і зчитування інформації на магнітних носіях, таких як жорсткі диски, магнітні стрічки і магнітні картки.
- Магніторезистивні матеріали: Магніторезистивні матеріали змінюють svůj опір під впливом маг