Магнитные свойства серебра¶
Серебро — химический элемент 11-го группы, 5-го периода периодической таблицы Менделеева, обозначение Ag (от латинского argentum), атомный номер 47. В чистом виде представляет собой мягкий, пластичный металл серебристо-белого цвета с наивысшей среди всех металлов электропроводностью и теплопроводностью. Относительно магнитных свойств серебро классифицируется как диамагнетик — вещество, слабо отталкивающееся магнитным полем.
¶Магнитные свойства серебра
Серебро не притягивается магнитом. При помещении образца чистого серебра в магнитное поле наблюдается слабое отталкивание — эффект настолько мал, что в бытовых условиях практически не ощущается. Это связано с тем, что атомы серебра имеют полностью заполненную 4d-оболочку и один электрон на внешнем 5s-уровне, из-за чего суммарный магнитный момент атома равен нулю.
Магнитная восприимчивость серебра составляет примерно −2,5·10⁻⁵ (в СИ), то есть отрицательна по знаку, что характерно для диамагнетиков. Отталкивание от магнита обусловлено возникновением в металле индуцированных токов, создающих противоположно направленное поле (эффект Ленца). Такой эффект проявляется у всех металлов, но у серебра он чрезвычайно слаб.
¶Классификация металлов по магнитным свойствам
| Класс | Магнитная восприимчивость | Примеры |
|---|---|---|
| Ферромагнетики | Сильно положительная, нелинейная | Железо, никель, кобальт |
| Парамагнетики | Слабо положительная | Алюминий, платина, кислород |
| Диамагнетики | Слабо отрицательная | Серебро, медь, золото, висмут, графит |
Серебро относится к диамагнетикам наряду с медью и золотом — тремя благородными металлами. Следует подчеркнуть, что диамагнитные свойства не исключают возможности существования магнитных соединений серебра: например, ферромагнитных свойств достигают сплавы с редкоземельными элементами, а соединения типа CrAg₂As₂ изучаются как перспективные магнитные материалы.
¶Магнитные свойства сплавов серебра
Чистое серебро (пробы 999 и 999,9) не магнитится. Однако в ювелирном деле широко используются сплавы серебра с медью (пробы 800, 830, 875, 925 — стерлинговое серебро), которые также не притягиваются магнитом, поскольку медь тоже диамагнетик. Магнитные свойства сплавов серебра меняются лишь при добавлении ферромагнитных компонентов — железа, никеля или кобальта. Такие добавки в ювелирных сплавах не применяются, поэтому подлинное серебро в магнитном поле ведёт себя одинаково независимо от пробы.
Интересно, что некоторые подделки под серебро, изготовленные из нержавеющей стали с содержанием никеля, магнитятся слабо или умеренно, что и используется в бытовых методах проверки подлинности. Однако отсутствие магнитного притяжения не является достаточным доказательством подлинности: немагнитными остаются также медь, латунь, олово, свинец и многие другие металлы.
¶Диамагнетизм в физике
Диамагнетизм — универсальное свойство всех веществ, обусловленное изменением орбитального движения электронов под действием внешнего магнитного поля (орбитальный вклад) и прецессией спинов (спиновый вклад). У большинства веществ диамагнитный эффект перекрывается парамагнитным или ферромагнитным, поэтому он наблюдается лишь у веществ с полностью заполненными электронными оболочками — таких как серебро, медь, золото, висмут, графит, вода и многие органические соединения.
Наиболее выраженным диамагнетизмом обладает висмут, магнитная восприимчивость которого примерно в 10 раз больше, чем у серебра. В 1997 году группа физиков под руководством Андрея Гейма (Нобелевская премия по физике 2010 года) впервые наблюдала левитацию живой лягушки в сильном магнитном поле, демонстрируя диамагнитные свойства воды, входящей в состав живых организмов.
¶Практическое значение
Диамагнитные свойства серебра учитываются при:
- Ювелирном производстве — для оценки подлинности изделий;
- Электротехнике — серебро применяется в контактах и токоведущих элементах, где магнитные свойства не играют существенной роли;
- Научных исследованиях — сверхпроводимость серебра (температура критического состояния 2,4·10⁻¹⁰ К в чистом виде) связана с поведением электронов, включая их магнитные свойства.
Серебро остаётся одним из немногих металлов, сохраняющих диамагнитные свойства при любых практических условиях: ни охлаждение, ни легирование, ни обработка не превращают его в ферромагнетик.
¶Источники
- Химическая энциклопедия / Гл. ред. Ю. М. Золотов. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1988—1998.
- Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Статистическая физика. — М.: Наука, 1976.
- Веденов А. В., Дьяков А. А. Физические свойства серебра и его сплавов. — М.: Металлургия, 1990.
- Гейм А. К. Диамагнетизм: от Левенгука до лягушек // Успехи физических наук. — 2001. — Т. 171, № 2.
- Справочник химика / Под ред. Б. П. Никольского. — Л.: Химия, 1971.