자석이 금속 중에서도 철과 니켈, 코발트에 잘 붙는 이유는?

Question

우리가 흔히 사용하는 자석의 경우 모든 금속에 붙는 것이 아닌 특정 금속에만 강하게 반응합니다. 이러한 이유가 전자 배열과는 어떤 관련이 있는 것일까요?

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

자석이 특정 금속에만 강하게 붙는 이유는 원자 내부의 전자 스핀 방향이 한쪽으로 정렬될 수 있는 강자성체 특성을 가졌기 때문이에요. 모든 전자는 스스로 회전하는 스핀 성질을 통해 미세한 자성을 띠는데 일반적인 금속은 전자들이 쌍을 이루어 서로의 자성을 상쇄시키지만 철이나 니켈은 홀전자가 존재하여 자성을 유지할 수 있답니다

특히 철과 니켈 그리고 코발트는 인접한 원자들끼리 서로의 전자 스핀을 같은 방향으로 일치시키려는 교환 상호작용이 매우 강하게 일어나요. 덕분에 외부 자석이 다가오면 무질서하게 흩어져 있던 자구들이 일제히 자석 방향으로 정렬되면서 아주 강력한 인력을 형성하게 되는 것이랍니다 :)

반면 구리나 알루미늄 같은 금속은 전자 배열 구조상 이러한 정렬이 일어나지 않거나 매우 약하게만 반응해서 자석에 붙지 않아요. :)

Answer 2

안녕하세요.

철과 니켈, 코발트는 원자 내부에 짝지어지지 않은 전자들이 많습니다. 각각이 작은 자석처럼 해동하는 것이죠.

이 물질들은 그런 미세한 자기들이 같은 방향으로 정렬되기 쉬운 구조이기 때문에, 외부 자석이 온다면 한쪽으로 쭉 맞춰지면서 강하게 끌리게 되는 거에요.

다른 금속들은 반대로 전자들이 짝을 이루거나 방향이 제각각이기 때문에 서로 상쇄된다고 보시면 되겠습니다.

잘 붙는 다는게 결국에는 전자 배열보다는 정렬 가능한 미세 자석 즉, 자기 모멘트가 얼마나 있느냐의 차이라고 보시면 되겠습니다.

감사합니다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

철 니켈 코발트와 같은 강자성체 금속은 원자 내부의 전잔 배열에서 홀전자가 많이 존재하여 개별 원가 마치 작은 자석과 같은 자기 모멘트를 강하게 형성하기 때문입니다 일반적인 금속은 전자들이 쌍을 이뤄 자기력이 상쇄되지만 이들 금속은 인접한 원들끼리 전자 스핀 방향을 하쪽을 정렬시키려는 강한 상호작용인 교환 상호작용을 통해 거대한 자기 구역을 형성합니다 외부 자석이 다가오면 흩어져 있던 아 자기 구역들이 일제히 자석 방향으로 정렬되면서 강력한 인력이 발생하게 되는 원리입니다