Apakah tembaga bersifat magnetis? | Ilmu hidup

Kabel, pipa logam, peralatan dapur: menurut pengalaman kita sehari-hari, tembaga tidak tertarik pada magnet. Namun, banyak eksperimen aneh menunjukkan bahwa tembaga berperilaku agak aneh di sekitar medan magnet. Jadi tentang apa ini? Apakah tembaga bersifat magnetis atau tidak? Dan bagaimana cara berinteraksi dengan magnet?

Semua elemen telah terbukti memiliki sifat magnetik. Logam yang biasanya kita anggap bersifat magnetis—besi, nikel, dan kobalt—adalah kelas unsur khusus yang dikenal sebagai feromagnet yang berinteraksi sangat kuat dengan medan magnet untuk membentuk magnet permanen.

Namun ada beberapa jenis magnet lain yang jauh lebih lemah, kata Michael Coey, profesor fisika emeritus di Trinity College Dublin. Sebagian besar unsur bersifat paramagnetik atau diamagnetik. “Dengan paramagnet, ketika Anda menerapkan medan magnet, Anda hanya mendapatkan sedikit magnetisasi searah dengan medan tersebut,” katanya. Artinya, unsur tersebut tertarik sangat kecil terhadap magnet, namun efeknya hanya bersifat sementara dan hilang setelah magnet dilepas.

“Dengan diamagnet, ketika Anda menerapkan medan magnet, Anda mendapatkan lebih sedikit magnetisasi dalam arah yang berlawanan dengan medan tersebut,” kata Coey kepada Live Science. Hal ini menciptakan gaya tolak menolak magnet yang kecil, yang lagi-lagi menghilang tanpa medan magnet. Jadi dalam kondisi sehari-hari kita tidak akan pernah menyadari bahwa bahan paramagnetik dan diamagnetik memiliki sifat magnetis.

Tembaga adalah contoh bahan diamagnetik, tetapi kategori mana yang termasuk dalam unsur tersebut bergantung pada elektron. Partikel bermuatan negatif ini mengorbit inti pusat atom dalam lapisan tertentu yang disebut kulit, yang selanjutnya dibagi menjadi beberapa tingkatan yang disebut orbital s, orbital d, dan orbital p.

Terkait: Mengapa tembaga berubah menjadi hijau?

Untuk logam di tengah tabel periodik, orbital s sudah terisi dua elektron, dan bergerak dari kiri ke kanan melintasi baris, orbital d secara bertahap terisi maksimal 10 elektron. Saat orbital terisi, elektron dipaksa untuk berpasangan, dan ini menentukan sifat magnetik unsur. Unsur-unsur yang mempunyai lebih banyak elektron tidak berpasangan bersifat paramagnetik dan unsur-unsur yang mempunyai lebih banyak elektron berpasangan bersifat diamagnetik.

Setiap elektron juga memiliki sifat kuantum khusus yang disebut spin. Arah (atas atau bawah) semua putaran elektron dalam suatu atom menentukan kekuatan magnet. “Ketika elektron-elektron yang berbeda menyelaraskan putarannya secara paralel [in the same direction]Sebuah atom mempunyai momen magnetis,” kata Coey. “Tetapi jika elektron menyelaraskan putarannya antiparalel [in opposite directions]momen magnetiknya hilang.”

Tembaga berada pada posisi kesembilan, jadi kita perkirakan ia mempunyai dua elektron pada orbital sa dan sembilan elektron pada orbital d. Namun yang tidak biasa, tembaga mengambil satu elektron dari orbital s yang penuh untuk mengisi orbital d secara penuh. Ini berarti bahwa semua elektron d berpasangan, dengan bilangan yang sama berputar ke atas dan ke bawah. Akibatnya, tidak ada momen magnet, sehingga kita tidak mengamati perilaku magnetis apa pun dalam kondisi normal.

Namun, konfigurasi yang tidak biasa ini berarti tembaga dapat berinteraksi dengan magnet dengan cara yang berbeda dan sangat penting. Magnetisme berkaitan erat dengan listrik – sebuah fenomena yang dijelaskan dalam fisika berdasarkan hukum Lenz.

“Pada dasarnya, perubahan medan magnet menginduksi arus dalam konduktor,” kata Ernesto Bosque, fisikawan di National High Magnetic Field Laboratory di Florida. “Karena tembaga memiliki hambatan listrik yang rendah, arus dapat mengalir melaluinya dengan sangat mudah [it].”

Elektron yang tidak berpasangan inilah yang menjadikan tembaga sebagai konduktor yang sangat baik. Efek ini, yang dikenal sebagai induksi elektromagnetik, merupakan hal mendasar dalam cara kita menghasilkan listrik saat ini. “Stator pada dasarnya adalah sekumpulan kabel berinsulasi berputar yang bergerak mengelilingi inti. Ini dapat digunakan sebagai motor atau generator,” kata Bosque kepada Live Science melalui email. Ide yang sama berlaku sebaliknya: Arus yang melewati kumparan kawat dapat menghasilkan medan magnet di inti logam, sehingga menciptakan elektromagnet.

Kemampuan tembaga untuk berinteraksi dengan magnet, meskipun bukan feromagnetik, adalah sesuatu yang kita andalkan setiap hari untuk memberi daya pada perangkat elektronik, menyimpan data di hard drive, dan bahkan memperlambat roller coaster.