2021年09月30日

鉄はね 小松菜 ほうれん草に含まれているんですよ そーなんだ

磁石の話では原子が小さな磁石になっていて、初めはバラバラの方向を向いているのだが外部磁場がかかるとバラバラ方向が一つの方向に揃う・・・という説明がある。まあ入門書レベルではそういう図が出てくるのねえ。そだねえ。
では入門の次として鉄の電子配置を考えて、どの電子が磁性に寄与するのか・・・おお、専門的な高度な疑問だ、オレッてすっげーーーーーー!!  
というわけでGoogling。ワタクシの趣味はGooglingである。さらに格好つけて言うと趣味は科学技術鑑賞である。。。いいだろ。これ。竹内薫が科学技術鑑賞が趣味であってもよいではないか・・・て何かに書いていた気がするが、物理の理論を学ぶ事と科学劇場鑑賞とは違う性質のものであるぞ。それが何か? いや、理論を理解するのはタイヘンでータイヘンデー おやびん タイヘンデーなのです。

てなわけで参考サイト
https://www.neomag.jp/mag_navi/history/history_18.html

うーむ。そういうことだったのか(おいおい 分かったのか ホンマに?)
要するに電子配置は下から素直に順番に埋まる・・・のではない。鉄の場合3d軌道を埋めることなく4sに入る。ここで3d軌道に不対電子が出来る。それが磁性の源なんですわ。。。って話のようだ。。。
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常温で強磁性を示す元素は、Fe、Co、Niに限られますが、いずれの元素も3d電子殻の収容可能電子数に達する前に4s殻に電子が入っています。フントの法則により、スピンの向きが逆符号同士の3d電子対は1組であり、残りの4個の3d電子は孤立した不対電子となります。この表にはありませんが、同様な配置関係が、希土類元素の4f殻電子と5s-6s殻電子の間にあり、不対電子が存在します。この3d、4f不対電子を磁性電子とも呼びます。この磁性電子はスピンの向きが同じで且つ孤立しているためスピン磁気モーメントが生じ、近隣原子との交換相互作用および外殻電子によってある程度保護されていることとのバランスにより強磁性を生み出しています。(次図参照)
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図解もあるでよ。
永久磁石(マグネット)の歴史と磁気科学の発展43

  もっともこういう軌道が実際にあるわけではない。軌道という場合 力学的軌道ではなく量子力学的軌道なのであり、状態なのである。だが、図解する場合にはそういう事を知った上で見ればある程度納得するであろう。

しかーーし、疑問は生ずる。どうして3dを満杯にしないまま4sに入るのだ?  Fe, Co, Niはそうらしいぞ。4sの方がエネルギー準位が低いのか?  仮にそうだとして、どうしてエネルギー順位の逆転が生ずるのだ?   考えると直ぐにドンづまルのである。よっしゃ、考えないことにしよう!!

これは遮蔽効果が関係しているようだ。Zを原子番号とすると核にはZeの正電荷があるのだが、その周囲の電子によって最も外側の電子はZeを感じない。Zeは+e になるみともあれば、+8になることもある。殻の埋まり方に寄る。そこらを考慮してエネルギーを計算すると 4s状態は 3d状態よりも低くなる。。。定性的にはそう説明できる。
主量子数 n = 5の場合の s p d f のうち s は4d より低く、p は 4f より低いようだ。別の本で調べた次第である。

とりあえず科学劇場鑑賞が趣味のワタクシは アインシュタイン・ハース効果、ウーレンベック・ハウトスミットの電子スピンの発見、パウリにフントにハイゼンベルクに・・・と名前だけでも覚えました(笑)

上のサイトは磁石の専門会社らしい。
https://www.neomag.jp/neomag_quiz/quiz_index.php
  問題まで用意しとるぞ。。。まずは初級からだな・・・そのうち。

で、小松菜、ほうれん草の話は?    うむ。忘れた。

posted by toinohni at 09:36| 東京 ☀| Comment(0) | 物理科学雑学 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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