O magnésio é magnético? Um guia definitivo

Está a pensar se o magnésio é magnético? Neste blogue, exploramos a ciência do comportamento paramagnético fraco do magnésio e como ele difere do comportamento ferromagnético de metais como o ferro. Compreenda o raciocínio da tabela periódica por detrás da razão pela qual não é magnético do ponto de vista da estrutura atómica e da configuração eletrónica, para além da forma como desempenha um papel central nas indústrias aeroespacial e eletrónica.

Vamos desfazer alguns mitos comuns e explicar porque é que a neutralidade magnética do magnésio o torna essencial para certas aplicações de nicho. Saiba mais sobre o magnetismo nos metais e o papel específico do magnésio na ciência dos materiais.

Compreender o magnetismo e os metais

O que é o Magnetismo?

Não se pode utilizar o magnetismo, pois a definição de magnetismo é um fenómeno físico produzido pelo movimento de cargas eléctricas ou momentos magnéticos intrínsecos de partículas elementares, que são diferentes entre si e podem constituir forças de atração ou repulsão entre determinados corpos.

Ao nível atómico, os electrões em rotação que rodeiam os núcleos produzem pequenos campos magnéticos devido ao seu movimento de rotação e orbital. Os campos destes momentos normalmente anulam-se uns aos outros na maioria dos materiais, mas nos materiais magnéticos, alinham-se para produzir um efeito magnético coletivo. Os campos magnéticos externos, a temperatura e a composição do material podem afetar o alinhamento.

Tipos de materiais magnéticos

Existem três formas fundamentais de reação dos materiais aos campos magnéticos.
Ferromagnético: São fortemente atraídos por ímanes (ferro, níquel, cobalto, por exemplo). Mantêm a magnetização quando o campo externo cessa.
Paramagnético: Mostra fraca atração por ímanes (por exemplo, alumínio, platina). Publicado na Nature Communications, artigo número 34298.
Alotrópico: Têm múltiplas estruturas/formas (por exemplo, carbono, oxigénio). Quando sujeitos a um campo externo, criam um campo magnético oposto que é mais fraco.

Porque é que alguns metais não são magnéticos

O não-magnetismo de um metal resulta do seu arranjo atómico. Em metais não magnéticos como o magnésio, cujos electrões giram em direcções opostas, os respectivos momentos magnéticos anulam-se mutuamente.

A estrutura cristalina é também um fator contribuinte: Os átomos podem ter os seus próprios momentos magnéticos, mas se estiverem alinhados aleatoriamente no material, não manifestarão um efeito magnético líquido. Por exemplo, a estrutura hexagonal do magnésio, juntamente com os seus electrões emparelhados, cria uma interação magnética insignificante e, por isso, não responde a campos magnéticos comuns.

Caraterísticas magnéticas do magnésio

Que tipo de material é o magnésio?

O magnésio é um material paramagnético, o que significa que tem uma fraca atração por campos magnéticos externos. Isto acontece porque os seus átomos têm electrões não emparelhados que ficam parcialmente alinhados com campos magnéticos, mas este efeito é transitório e pequeno à temperatura ambiente. Suscetibilidade magnética: 1,2×10^-5: muito inferior ao dos metais ferromagnéticos (por exemplo, o ferro).

De um ponto de vista prático, esta propriedade torna o magnésio inadequado para aplicações que exijam fortes interações magnéticas, mas útil em locais onde a neutralidade magnética é fundamental, como em componentes aeroespaciais e caixas electrónicas.

A diferença entre o magnésio e outros metais

Metal	Classe magnética	Suscetibilidade (×10-5)
Comportamento magnético do magnésio	Paramagnético	1.2
Comportamento magnético do alumínio	Paramagnético	2.2
Comportamento magnético do ferro	Ferromagnético	~200,000
Comportamento magnético do cobre	Diamagnético	-1.0

Ao contrário dos metais ferromagnéticos como o ferro, o magnésio não possui domínios com momentos alinhados. A sua resposta paramagnética é inferior à do alumínio, mas superior à dos metais diamagnéticos, como o cobre. Esta distinção orienta a seleção de materiais em todos os sectores - um exemplo é o fabrico automóvel, onde a redução da interferência magnética é crucial para os sensores e sistemas de comunicação.

Utilizações do magnésio na indústria

O magnésio na alta tecnologia atual

O magnésio é um metal tecnológico comum, sendo relativamente leve, forte para o seu peso e facilmente maquinável. As ligas de magnésio podem permitir uma redução de peso de até 30% em relação ao alumínio em aplicações automóveis, melhorando a eficiência do combustível e as emissões.

A eletrónica beneficia das propriedades de blindagem electromagnética do magnésio, o que o torna um excelente candidato para as carcaças de computadores portáteis, molduras de smartphones e corpos de câmaras. Outro exemplo de uma área de impacto é a indústria aeroespacial, em que os componentes de um avião ou de um satélite são sensíveis ao peso.

O magnésio é também utilizado em pirotecnia devido à sua chama branca e brilhante e é utilizado em implantes médicos devido à sua biocompatibilidade e biodegradabilidade.

Utilização do magnésio e implicações ambientais

Embora o magnésio tenha benefícios em termos de sustentabilidade, a sua produção e eliminação têm impactos ambientais. Enquanto o CO₂ é libertada durante a extração primária de magnésio através do processo Pidgeon, é um processo que consome muita energia, pelo que a reciclagem do magnésio utiliza apenas 5% da energia gerada na produção primária.

O peso leve do metal reduz indiretamente as pegadas de carbono nos sectores de transporte não metálicos. Mas os resíduos de magnésio têm de ser eliminados de forma responsável, caso contrário, podem provocar a alcalinidade do solo. As inovações emergentes, como os processos electrolíticos hidroeléctricos e os sistemas de reciclagem em circuito fechado, estão a contribuir muito para atenuar estes impactos, o que ajuda a aproximar a utilização do magnésio dos objectivos de uma economia circular.

A ciência do magnetismo no metal

Magnetismo e configuração dos electrões

Magnetismo nos metais: O comportamento magnético dos metais é atribuído à distribuição dos electrões em torno de um núcleo em várias orbitais (em particular, os electrões não emparelhados). O ferromagnetismo também se deve aos electrões não emparelhados presentes na sua orbital d em materiais como o ferro, o cobalto e o níquel.

A configuração eletrónica do magnésio é [Ne]3s², o que significa que os electrões da sua camada exterior estão emparelhados. Este acoplamento reduz os momentos magnéticos, pelo que o magnésio é fundamentalmente não ferromagnético. O magnésio não tem electrões desemparelhados, pelo que o seu comportamento paramagnético ou diamagnético, que é fraco, só pode ser observado em determinadas condições.

Estrutura cristalina e sua relação com o magnetismo

A estrutura cristalina define a forma de interação dos momentos magnéticos atómicos. Os materiais ferromagnéticos devem ter uma estrutura cúbica ou hexagonal, de modo a permitir o alinhamento dos spins dos electrões. O magnésio cristaliza numa estrutura hexagonal de empacotamento fechado (HCP), limitando a ordenação magnética de longo alcance.

Mesmo que existissem momentos magnéticos localizados, a simetria HCP proíbe o seu alinhamento cooperativo. Embora os defeitos ou impurezas na rede possam produzir pequenas respostas magnéticas, essencialmente a estrutura do magnésio puro impede qualquer magnetismo significativo.

Testar o magnetismo: Métodos Experimentais

Existem numerosas técnicas para caraterizar as propriedades magnéticas. A magnetometria de amostra vibrante (VSM) é um método de medição da magnetização de uma amostra através da medição das oscilações da amostra colocada num campo magnético. Os magnetómetros SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) medem as alterações no fluxo magnético e são adequados para materiais magnéticos fracos, como o magnésio.

Um teste qualitativo simples consiste em segurar um pedaço do material contra um forte íman de neodímio; o magnésio não salta facilmente para um íman. Estas experiências provam as suas propriedades diamagnéticas ou paramagnéticas fracas, dependendo da pureza e da temperatura.

Mitos sobre o magnésio: Os factos

MITOS

• O magnésio é fortemente magnético como o ferro ou o níquel.
• Sendo um elemento metálico, o magnésio tem propriedades ferromagnéticas.
• Encontramos à nossa volta objectos à base de magnésio (ligas) que são efetivamente atraídos por ímanes.

Provas científicas que contradizem as crenças populares

O magnésio é paramagnético; tem uma suscetibilidade fraca e positiva a campos magnéticos. Ao contrário dos materiais ferromagnéticos (como o ferro), a sua estrutura atómica não tem electrões desemparelhados que estão alinhados para dar um momento magnético líquido. As experiências mostram que a suscetibilidade magnética do magnésio é ∼1,2×10-⁵, que é mais de 1000 vezes menor do que a do ferro.

Em termos práticos, esta resposta é impossível de detetar sem instrumentos especializados. Outros estudos que utilizaram os chamados ímanes de alto campo (acima de 10T) não relataram essencialmente qualquer efeito sobre o magnésio puro, contradizendo fortemente as afirmações de um magnetismo visível.

Além disso, são selecionadas certas ligas de magnésio utilizadas nas indústrias aeroespacial e automóvel não magnético como forma de reduzir os riscos associados à interferência electromagnética de aparelhos electrónicos importantes nas proximidades. Isto contrasta fortemente com as ideias erradas sobre o comportamento magnético quotidiano.