{"id":2863,"date":"2007-03-01T00:00:00","date_gmt":"2007-02-28T23:00:00","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"2863","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/2863\/","title":{"rendered":"La magnetite, il magnete naturale per eccellenza, come fa ad avere un campo magnetico non essendo a contatto con nessun circuito elettrico? Vorrei sapere cosa provoca questo magnetismo, se \u00e8 dovuto a una determinata composizione chimica del materiale o altro. Grazie"},"content":{"rendered":"
Il fatto che un materiale abbia o meno propriet\u00e0 magnetiche macroscopiche in assenza di campo magnetico applicato dipende dai valori e dalle orientazioni dei vettori momenti magnetici associati con i singoli elettroni presenti nella struttura del materiale stesso. Senza addentrarci in considerazioni di meccanica quantistica, possiamo dire che il momento magnetico di un elettrone si pu\u00f2 immaginare originato dai due movimenti che l\u2019elettrone compie: orbitare intorno al nucleo, che genera un momento orbitale magnetico, e ruotare intorno al proprio asse, che genera un momento di spin elettronico. Una carica in movimento genera un piccolo campo magnetico: per questo, si pu\u00f2 schematizzare l\u2019elettrone come un magnete che abbia momenti magnetici orbitali e di spin permanenti. Generalmente la somma algebrica di tali cariche in movimento nel materiale \u00e8 pari a zero, ed allora il materiale si dice non avere comportamento magnetico permanente: invece nel caso della magnetite e dei materiali magnetici questo non \u00e8 vero.
In pratica, un materiale pu\u00f2 avere, dal punto di vista magnetico, tre comportamenti, diamagnetico, paramagnetico e magnetico (quest\u2019ultimo differenziabile in ferromagnetico, ferrimagnetico o anti-ferromagnetico), a seconda che gli atomi della struttura abbiano o meno un momento magnetico non nullo e dell\u2019orientazione dei momenti magnetici. Se il materiale \u00e8 magnetico, che sia ferromagnetico (quindi con gli spin tutti allineati nella direzione del campo), anti-ferromagnetico (quindi con gli spin anti-paralleli ed di valore uguale, che si compensano esattamente, e ferrimagnetico (quindi con gli spin anti-paralleli, ma che non si compensano esattamente), anche senza l\u2019applicazione di un campo magnetico hanno un momento magnetico permanente. Va notato che c\u2019\u00e8 anche un contributo da parte del momento orbitale magnetico, ma esso \u00e8 piccolo nel caso dei materiali magnetici, sicch\u00e9 lo spin descrive in buona approssimazione il comportamento del materiale.
I comportamenti possibili sono riassunti in Figura 1, dove si suggerisce anche in modo approssimativo l\u2019andamento della suscettivit\u00e0 magnetica (che rappresenta il flusso magnetico di un nucleo rispetto a quello nel vuoto, che si considera uguale a zero) in funzione del campo magnetico applicato. Questa differenziazione dei comportamenti avviene al di sotto di una temperatura, detta temperatura di Curie, al di sopra della quale i materiali divengono paramagnetici. La trasformazione che avviene alla temperatura di Curie non \u00e8 che un tipico esempio di una trasformazione ordine- disordine: infatti il materiale paramagnetico ha orientazione casuale dei momenti magnetici nei suoi nuclei, cosicch\u00e9 non ha magnetizzazione macroscopica.
I materiali ferrimagnetici, come la magnetite, hanno, come detto sopra, momenti magnetici che si allineano a temperature inferiori a quella di Curie, che nel caso della magnetite \u00e8 di 585\u00b0C, in modo antiparallelo. Danno luogo quindi ad una magnetizzazione anche in assenza di campo esterno, ma minore rispetto ai materiali ferromagnetici perch\u00e9 i momenti disposti antiparallalemente comportano una parziale compensazione dei momenti positivi e negativi. Va detto per completezza che in alcuni granati ferrimagnetici ci pu\u00f2 essere una temperatura al di sotto della temperatura di Curie, alla quale le due sotto-strutture hanno momenti uguali, in modo che c\u2019\u00e8 un momento magnetico netto uguale a zero. detto il punto di compensazione della magnetizzazione.
Chimicamente, la magnetite \u00e8 un ossido di ferro, dalla formula Fe3<\/sub>O4<\/sub> di colore nero. Vi sono altri ossidi di ferro (ne sono stati classificati ben sedici): uno dei motivi di questa variet\u00e0 di ossidi di ferro, \u00e8 che la struttura cristallina dell\u2019ossido pu\u00f2 assumere forma diversa, ed utilizzare nel proprio cristallo in rapporti diversi atomi di ferro bivalenti e trivalenti, formando i cosiddetti ossidi a valenza mista, come la magnetite. La presenza di una grande variet\u00e0 di ossidi di ferro in natura, con diverse sfumature di colore, permette per esempio il vasto utilizzo di tali ossidi nel settore dei pigmenti per vernici. I due ossidi pi\u00f9 diffusi, a parte la magnetite, sono quelli che a valenza pura, che cio\u00e8 presentano soltanto ferro della stessa valenza: l\u2019ossido ferroso, ottenuto soltanto con ferro bivalente (FeO), e di colore nero, e l\u2019ossido ferrico, ottenuto soltanto con ferro trivalente, e di colore rosso (ematite) (Fe2<\/sub>O3<\/sub>).
Dal punto di vista del comportamento magnetico, la magnetite \u00e8 una ferrite, una delle due principali categorie di materiali ferrimagnetici (l\u2019altra \u00e8 quella dei granati). Le ferriti sono ossidi ceramici con la struttura dello spinello di formula MFe2<\/sub>O4<\/sub>, dove M \u00e8 un metallo in forma bivalente, mentre i due atomi di ferro sono trivalenti. L\u2019atomo M si inserisce in una semi-struttura di forma tetraedrica, mentre gli atomi trivalenti si inseriscono in un\u2019altra semi-struttura di forma ottaedrica: l\u2019unione delle due strutture forma lo spinello. Ci possono essere ferriti, oltre che col ferro, con magnesio, manganese, cobalto, nichel, rame, zinco, cadmio. Le ferriti, in genere materiali magnetici dolci, possono risultare magneticamente dure quando il metallo sostituito \u00e8 il bario o lo stronzio. Quando M \u00e8 Fe si ottiene la magnetite, che \u00e8 appunto la pietra magnetica degli antichi. In pratica, la presenza di questo particolare rapporto tra atomi bivalenti e trivalenti nello spinello facilita il trasferimento degli elettroni tra i diversi nuclei di ferro lungo un percorso determinato: questo crea la particolare disposizione dei momenti magnetici, tipica dei materiali ferrimagnetici. In termini chimicamente pi\u00f9 rigorosi la struttura elettronica della magnetite pu\u00f2 essere descritta come costituita da un impacchettamento di ioni O2<\/sup>– e ioni Fe3+<\/sup>, con i restanti elettroni delocalizzati su tutti gli ioni in siti ottaedrici. Gli ioni Fe3+<\/sup> hanno cinque elettroni, situati nel livello energetico 3d, tutti con spin parallelo. Ricordando che la struttura elettronica del ferro \u00e8 1s2<\/sup> 2s2<\/sup>p6 <\/sup>3s2<\/sup>p6<\/sup>d6<\/sup> 4s2<\/sup>, il che indica che, per avere uno ione Fe3+<\/sup> l\u2019atomo deve perdere i due elettroni nello strato pi\u00f9 esterno 4s ed un elettrone nello strato 3d, dove ne resteranno solo cinque appunto. Di conseguenza l\u2019elettrone delocalizzato dovr\u00e0 avere spin opposto sia rispetto agli elettroni sullo ione Fe3+<\/sup> che rispetto agli elettroni 3d su uno ione ferro adiacente. Questo far\u00e0 s\u00ec che i due ioni Fe3+<\/sup> adiacenti debbano avere gli spin allineati, ed anche con quelli di tutti gli altri ioni ferro nei siti ottaedrici.
Le ferriti sono materiali ceramici e pertanto risultano dure, fragili e pessime conduttrici d\u2019elettricit\u00e0 rispetto alle leghe metalliche magnetiche, che risultano invece buoni conduttori elettrici e normalmente duttili. Infatti le notevoli propriet\u00e0 dielettriche (isolanti) delle ferriti, che vengono mantenute anche per correnti con frequenze dell\u2019ordine del MHz, ne consentono un impiego diffuso ed insostituibile nel campo delle alte frequenze (radar, telefonia mobile, dispositivi ed apparecchi a microonde, ecc.). Si ottengono nelle ferriti alti valori della permeabilit\u00e0 magnetica (fino a 5000 \u00b5N\/A2<\/sup> per un campo magnetico <0.1T), della resistivit\u00e0 (fino a 10-6<\/sup> Ω*m a 20\u00b0C) ed una massima permittivit\u00e0 dielettrica pari a circa 15.
Una conseguenza delle differenze tra ferriti e leghe metalliche magnetiche \u00e8 che componenti di grandi dimensioni devono essere costruiti ricorrendo alle leghe magnetiche, mentre le ferriti si possono utilizzare come componenti elettromeccanici o come magneti flessibili, disperdendo una polvere di ferrite dura in una matrice polimerica termoplastica o elastomerica. Nelle applicazioni di schermatura, le ferriti trovano applicazione principalmente nell\u2019assorbimento di un campo elettromagnetico incidente, in conseguenza delle loro alte perdite: questo pu\u00f2 essere molto utile per ridurre il campo elettrico riflesso all\u2019interno di strutture cave in cui sia penetrato.<\/p>\n

\"Fig.<\/p>\n

Figura 1 Tipi di comportamenti dei materiali, in funzione del magnetismo<\/div>\n


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