Alambres, tubos metálicos, utensilios de cocina: en nuestra experiencia cotidiana, el cobre no se siente atraído por los imanes. Aún así, muchos experimentos extraños muestran que el cobre se comporta de manera un poco extraña alrededor de campos magnéticos. Entonces, ¿qué está pasando? ¿El cobre es magnético o no? ¿Y cómo puede interactuar con los imanes?
Resulta que todos los elementos tienen propiedades magnéticas. Los metales que normalmente consideramos magnéticos (hierro, níquel y cobalto) son una clase especial de elementos conocidos como ferroimanes, que interactúan particularmente fuertemente con los campos magnéticos y forman imanes permanentes.
Pero hay varios otros tipos de magnetismoél dijo Michael Coey, Profesor emérito de Física en el Trinity College de Dublín. La mayoría de los elementos son paramagnéticos o diamagnéticos. «Con los paramagnetos, cuando se aplica un campo magnético, se obtiene una magnetización muy pequeña en la dirección del campo», dijo. Esto significa que el elemento es ligeramente atraído por el imán, pero el efecto es sólo temporal y desaparece una vez que se retira el imán.
«Para los diamagnetos, cuando se aplica un campo magnético, se obtiene una magnetización aún menor en la dirección opuesta al campo», dijo Coey a WordsSideKick.com. Esto crea una pequeña fuerza repulsiva hacia el imán que, nuevamente, desaparece sin el campo magnético. Por lo tanto, en las condiciones cotidianas, nunca notaríamos que los materiales paramagnéticos y diamagnéticos tienen propiedades magnéticas.
El cobre es un ejemplo de material diamagnético, pero la categoría exacta a la que pertenece un elemento depende de la electrones. Estas partículas cargadas negativamente orbitan alrededor del núcleo central de una átomo en capas definidas llamadas capas, que se dividen en niveles llamados orbitales s, orbitales p.
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Para metales en el centro de la tabla periodica, el orbital s ya está lleno con dos electrones y, moviéndose de izquierda a derecha a lo largo de la línea, los orbitales d se llenan gradualmente con un máximo de 10 electrones. A medida que los orbitales se llenan, los electrones se ven obligados a emparejarse y esto determina las propiedades magnéticas de los elementos. Los elementos con más electrones desapareados son paramagnéticos y aquellos con más electrones apareados son diamagnéticos.
Cada electrón también tiene una extraña propiedad cuántica llamada espín. La dirección (arriba o abajo) de todos los espines de los electrones en un átomo define la fuerza del magnetismo. «Cuando diferentes electrones alinean sus espines en paralelo [in the same direction]»El átomo tiene un momento magnético», dijo Coey. Pero si los electrones alinean sus espines de manera antiparalela [in opposite directions]el momento magnético se cancela.»
El cobre está en la novena posición, por lo que esperaríamos que tuviera dos electrones en los orbitales s y nueve en los orbitales d. Pero, inusualmente, el cobre toma un electrón del orbital s completo para llenar completamente los orbitales d. Esto significa que todos los electrones d están emparejados, con números iguales girando hacia arriba y hacia abajo. En consecuencia, no existe momento magnético, por lo que no observamos ningún comportamiento magnético en condiciones normales.
Sin embargo, esta configuración inusual significa que el cobre puede interactuar con los imanes de una manera diferente y extremadamente importante. El magnetismo está estrechamente relacionado con la electricidad, un fenómeno descrito en física por la ley de Lenz.
«En esencia, un campo magnético cambiante inducirá una corriente dentro de un conductor», dijo. Ernesto Bosque, físico del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Florida. «Debido a que el cobre tiene una resistencia eléctrica tan baja, las corrientes pueden fluir muy fácilmente [it]».
Es el electrón desapareado lo que hace que el cobre sea un excelente conductor. Este efecto, conocido como inducción electromagnética, es fundamental para la forma en que generamos electricidad hoy. «Un estator es esencialmente un conjunto de cables aislados giratorios que se mueven alrededor de un núcleo. Esto puede usarse como motor o generador», dijo Bosque a WordsSideKick.com en un correo electrónico. La misma idea también funciona a la inversa: una corriente que pasa a través de bobinas de alambre puede generar un campo magnético en un núcleo metálico, creando un electroimán.
La capacidad del cobre para interactuar con un imán, a pesar de no ser ferromagnético, es algo en lo que confiamos todos los días para alimentar dispositivos electrónicos, almacenar datos en discos duros e incluso frenar montañas rusas.
