スズは磁性を持つか？スズの磁気特性の探究

周期表の 14 族に属する遷移後金属であるスズは、そのユニークな特性により、さまざまな用途に使用されています。スズの興味深い点の XNUMX つは、磁気的性質、より正確には磁気的性質の欠如です。この記事では、さまざまな状態や条件におけるスズの挙動に焦点を当て、スズの磁気的特性について説明します。

錫の基本特性

スズは記号 Sn で表され、原子番号は 50 です。スズには、灰色スズ (α-スズ) と白色スズ (β-スズ) という 13.2 つの主な同素体形態があります。灰色スズは 55.8°C (XNUMX°F) 未満の温度で安定し、ダイヤモンドのような結晶構造を持ちます。一方、白色スズはより高温でも安定し、正方晶の結晶構造を持ちます。どちらの形態も異なる物理的特性を示しますが、どちらも顕著な磁気特性を示しません。

錫は磁性を持っていますか?

スズは従来の意味では磁性体とはみなされず、常磁性体として分類されます。 鉄 スズやコバルトとは異なり、スズは永久磁性を示さない。外部磁場が印加されなくなると、磁化したり磁気特性を保持したりできなくなる。

さまざまな形態における錫の磁性挙動

• 灰色錫（α錫）: 低温で安定しているこのスズの同素体は、顕著な磁気特性を示しません。その結晶構造は、顕著な磁性につながる可能性のある磁区の整列や不対電子相互作用をサポートしません。
• 白錫（β錫）: 高温では、スズは白色スズの形で存在します。灰色スズと同様に、白色スズは強磁性または常磁性の特性を示しません。その電子配置と結晶構造は、実質的な磁気相互作用をサポートしません。

スズが常磁性を持つ理由

スズの常磁性は、その電子構造から生じます。スズは、満たされた d サブシェルと p 軌道に 1 つの不対電子を持つ、比較的単純な電子配置を持っています。この不対電子は、スズの弱い磁気挙動に寄与しています。磁場にさらされると、これらの不対電子は磁場とわずかに整列し、弱い引力を生み出します。ただし、この効果は永久磁性を生み出すほど強力ではありません。

実験的観察

実験室環境では、スズの常磁性は磁化率測定などの技術を使用して観察できます。これらのテストにより、スズはある程度の常磁性を示すものの、鉄などの強磁性材料と比較すると大幅に弱いことが明らかになりました。

スズの電子配置と磁気特性

元素が磁性を持つかどうかを判断するには、その電子配置を調べる必要があります。スズの電子配置は [Kr] 4d^10 5s^2 5p^2 です。簡単に言えば、基底状態ではスズの最外殻 p 軌道に XNUMX つの電子があることを意味します。

物質の磁性は、通常、不対電子の配列から生じます。不対電子を持つ元素は、さまざまな種類の磁気的挙動を示します。

• 反磁性これは、すべての電子がペアになっている物質で発生し、物質は磁場を弱く反発します。
• 常磁性これは、外部磁場と整列して弱い引力を引き起こす不対電子を持つ物質で観察されます。
• 強磁性これは、外部磁場が存在しない場合でも不対電子が同じ方向に整列し、強い磁気効果をもたらす物質に見られます。

スズの電子配置は、4d および 5s サブシェルが満たされており、5p サブシェルに 5 つの電子があることを示しています。重要なのは、XNUMXp 軌道のこれらの XNUMX つの電子がペアになっていることです。つまり、スズの外側の軌道には不対電子がありません。

ブリキ缶は磁石を持ちますか?

ブリキ缶は一般に磁性を帯びていませんが、その下の鋼鉄は強磁性を持っています。磁石でテストすると、缶が磁石に引き付けられることに気づくかもしれません。この引き付けられる性質は、缶の構造に使用されている鋼鉄によるもので、ブリキのコーティングによるものではありません。したがって、ブリキ缶は、ブリキではなく鋼鉄によって磁気反応を示す可能性があります。

強磁性体と常磁性体の比較

鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性材料は強い磁化と磁気特性の保持を示し、アルミニウムやスズなどの常磁性材料は磁場に対して弱いながらも測定可能な引力を示します。

以下に、誰もがこれらの違いを理解するのに役立つ明確な比較表を示します。

プロパティ	強磁性材料	常磁性材料
例	鉄、コバルト、ニッケル	アルミニウム、スズ
不対電子	はい	はい
磁気モーメント	強い	弱い
磁場に対する反応	磁区の強い配列	磁気モーメントの弱い配列
磁化の保持	磁場が除去された後も磁化を保持する	残留磁化なし
アプリケーション	永久磁石、磁気ストレージ	MRI装置、特定のセンサー

他の要素との比較

スズの磁気特性を理解するには、他の元素と比較したスズの挙動を考えてみましょう。

• 鉄（Fe）鉄は、磁区の配列により強力な永久磁気特性を持つ強磁性材料です。
• ニッケル（Ni）ニッケルは、不対d電子による大きな正味磁気モーメントを持ち、強磁性挙動も示します。
• 銅（Cu）銅は反磁性であり、印加された磁場と反対の誘導磁場を発生させ、それによって反発します。

スズの常磁性は、鉄やニッケルに見られる強磁性よりもはるかに弱く、銅に見られる反磁性ほど顕著ではありません。

錫は希少金属ですか？

いいえ、スズは希少金属とはみなされていません。スズは比較的豊富に存在し、はんだ付け、メッキ、合金製造などの用途に広く使用されています。

希少金属と一般的な金属

• レアメタルレアメタルは、希土類元素または希土類金属とも呼ばれ、ネオジム、ジスプロシウム、スカンジウムなどの元素が含まれます。これらの金属が「レア」と呼ばれるのは、必ずしも希少だからではなく、経済的に採掘可能な濃度で見つかることがあまりなく、抽出が難しいことが多いためです。
• 一般的な金属鉄、銅、アルミニウム、スズなどの一般的な金属は、その豊富さと抽出の容易さから、より大量に存在し、さまざまな用途に広く使用されています。

錫は金よりも価値があるのでしょうか？

いいえ、錫は金よりも価値が高いわけではありません。錫の価格は金に比べてはるかに安いです。金の価格は通常、1,900オンスあたり約2,000ドルから25ドルです。最近のデータによると、錫の価格は通常、30ポンドあたり約55ドルから65ドル（XNUMXキログラムあたり約XNUMXドルからXNUMXドル）です。これは金の価格のほんの一部です。

スズは錆びますか？

錫は鉄のように錆びることはありませんが、極寒や高湿度など、特定の条件下では腐食する可能性があります。ただし、錫は一般に耐腐食性に優れており、他の金属を錆や劣化から保護するために効果的に使用されます。

錆と腐食

• さび: 錆とは、鉄やその合金（鋼など）が水分や酸素にさらされて腐食し、鉄酸化物が形成されることを指します。これは鉄系材料に特有の腐食の一種です。
• 錫の腐食: 錫は錆びません。その代わり、「錫腐食」または「錫病」と呼ばれる腐食が発生することがあります。

錫は磁石の影響を受けますか?

スズは磁石の影響をあまり受けません。スズは弱い常磁性ですが、磁石との大きな相互作用は生じません。実際、スズは磁石の影響を受けず、顕著な磁気的挙動を示しません。

まとめ

要約すると、スズは弱い磁気特性を持つ常磁性材料です。強い強磁性または反強磁性の挙動は示しませんが、外部磁場の存在下では限られた範囲で磁化されます。この常磁性は、スズ原子内の不対電子の存在と、熱による攪拌が磁気配列に与える影響と一致しています。スズの磁気特性はほとんどの実用用途では重要ではありませんが、全体的な材料特性の興味深い側面です。

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その他のリソース:

錫 – 出典: ブリタニカ

錫は磁石に引き寄せられますか – 出典: サイエンス

アルミニウムは磁性体である – 出典: BOYI

銅は磁性がある – 出典: BOYI

Q＆A

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