因为磁悬浮，元素铋能够在磁铁之间“漂浮”。这种现象背面的科学原理是什么？
铋（Bismuth）是一种不寻常的元素，咱们在日常日子中很少遇到。可是这种美丽的、彩虹色的金属，发现在元素周期表的底部，表现出一些特别的性质。磁性悬浮 —— 铋在两块磁铁之间漂浮的才能 —— 或许是其间最风趣的一个。铋和磁铁之间的斥力十分强，它会使金属悬浮起来。
麻省理工学院磁性资料化学家埃里克·里塞尔（Eric Riesel）以为，答案能够归结为铋所表现出的磁性类型。每种资料都有磁性，这是由元素电子的量子特性 —— 自旋决议的。可是，这种自旋只能指向两个方向（向上或向下），而且资猜中所有自旋的组合精确地界说了该元素将表现出的磁性类型。
“大多数人都了解铁磁体（永久磁铁），比方铁，自旋都是互相对齐的，但也有反铁磁体，自旋指向相反的方向，”埃里克·里塞尔告知咱们。
可是，还有别的一对磁性类别：顺磁性和抗磁性。在顺磁体中，当你施加磁场时，资猜中的自旋将与磁场成正比。抗磁体对磁场施加了相反方向的力，将其排挤。
铋是抗磁性资料的一个比方，但这不是咱们从元素的电子构型中所希望的行为。资料所表现出的磁性取决于电子的摆放及其相应的自旋。电子在被称为壳层的界说层中环绕原子核旋转，壳层又被进一步细分为s、d、p和f轨迹。
典型地，抗磁性资料具有闭壳结构。这在某种程度上预示着一组特别的轨迹被彻底填满，电子被逼成对，一个指向上，另一个指向下 —— 本质上抵消了自旋。相反，顺磁性资料一般有部分填满的轨迹，这在某种程度上预示着电子是不成对的，它们的自旋能够在同一方向上对齐。
铋在元素周期表的第15族。s、d和f轨迹都是满的，可是p轨迹包含了或许的6个电子中的3个。所以铋有部分填满的轨迹，应该表现为顺磁体。可是，它在元素周期表第六行的方位意味着，铋还具有一些不寻常的重原子性质。
同样是麻省理工学院磁性资料化学家的伊拉·马丁尼亚克（Ira Martyniak）说：“在元素周期表中，在f块之后发现的化学元素，它们最外层的电子绕原子核运转的速度是光速的很大一部分。直接相对论效应使6s和6p轨迹缩短，并更接近原子核，由此发生反常的物理和化学特征。”
这些相对论效应是铋的许多惊人特性的原因，比方它的十分规超导性，它的极低熔点（520.7华氏度，或271.5摄氏度）和它的晶体不寻常的形状。意想不到的抗磁性也不破例。
伊拉·马丁尼亚克表明：“虽然铋在其6p轨迹上有未配对的电子，但因为6s和6p能级的相对论性缩短，6p电子发生的顺磁性被按捺，铋的行为在很大程度上受关闭壳层和大尺度原子的分配，导致激烈的抗磁性。”
抗磁性资料有许多有价值的运用，包含电磁感应铜线圈（用于发电）和高速磁悬浮列车的铝制轨迹。铋自身太重，不能作为一种有用的资料广泛运用，但其强壮的抗磁性意味着，它现在是超导体和量子核算的常见组成部分。
扫一扫联系我们
