Waarom is ijzer magnetisch, in tegenstelling tot andere metalen?
Veel materialen raken gemagnetiseerd als je ze bij een magneet houdt. Slechts enkele elementen kunnen die magnetisatie vasthouden.
Remanente magnetisatie
Veel materialen raken gemagnetiseerd als je ze dicht bij een magneet houdt en gedragen zich dus ‘magnetisch’. Slechts enkele elementen, waaronder ijzer, kunnen die magnetisatie ook vasthouden als je de magneet weer weghaalt. Zo’n magnetisatie heet een spontane of remanente magnetisatie.
Ook Nikkel, kobalt en gadolinium
IJzer is niet het enige materiaal dat een remanente magnetisatie kan bezitten. Nikkel, kobalt en het minder bekende gadolinium kunnen dat ook, net als mengsels waarin een van deze vier metalen verwerkt is. Wie dit verschijnsel echt goed wil begrijpen stuit al snel op de kwantummechanica: de complexe leer van het gedrag van materie en energie op zeer kleine, (sub-)atomaire schaal.
Spins
Het optreden van een remanente magnetisatie wordt verklaart met behulp van ‘spins’: een kwantummechanisch concept waarin de energiehuishouding van elektronen beschreven kan worden. Juist in de vier elementen ijzer, nikkel, kobalt en gadolinium bestaat interactie tussen zogenaamde ‘ongepaarde spins’. Deze interactie zorgt ervoor dat de magnetische momenten van atomen zich blijvend evenwijdig aan elkaar kunnen richten. De som van al deze kleine magnetisaties vormt de netto magnetisatie van het materiaal.
De sterkste magneten zijn van neodymium
De sterkste remanente magneten worden gemaakt van chemische verbindingen waarin zeldzame aardmetalen worden gebruikt, bijvoorbeeld neodymium. In zulke magneten zijn de atomen zo gerangschikt dat alle ongepaarde spins in dezelfde richting geforceerd worden en zo een enorm sterk magnetisch moment veroorzaken.