Magnetismo do Solo

Experimento sobre Magnetismo do Solo presente na sala do projeto Solo na Escola USP no Parque CienTec USP

MAGNETISMO DO SOLO: spins e orbitais moleculares

    O magnetismo é a propriedade de atração ou repulsão observada entre alguns objetos por meio de um campo magnético. Como define o físico Mário José de Oliveira, em seu livro "Termodinâmica", de 2005: "Magnetismo é uma propriedade que certos corpos, ímãs, têm em atrair ou repulsar ímãs e outras substâncias magnéticas como ferro, níquel e cobre".

Materiais:
- 1 ímã de ferrite;
- Solo comum;
- Latossolo vermelho;
- 2 recipientes plásticos;

Montagem:
    Coloque uma quantidade razoável das diferentes amostras de solo separadas, uma em cada bandeja, distribuindo-as uniformemente no recipiente. Em seguida, aproxime o ímã do solo comum e observe. Depois, aproxime o ímã ao “solo roxo" (latossolo vermelho) e observe. Faça o teste também com papel, colocando uma pequena quantidade de solo sobre o papel e passando o ímã debaixo do papel, fazendo com que o solo sob a folha de papel mova-se. 

Fatores de discussão:
    Os elétrons estão quantizados em orbitais de energia, seguindo assim uma distribuição pré-definida. Para mudar de orbital, os elétrons precisam de energia que os impulsione a um estado mais excitado. Os elétrons fazem rotação (ou seja giram em torno do seu próprio eixo), sendo o número quântico intitulado "spin" o representante do sentido da rotação que aquele elétron está realizando.

    Os ímãs artificiais são produzidos por ligas metálicas, por exemplo, níquel-cromo. Já os ímãs naturais possuem partes de rochas magnéticas, como a magnetita (óxido de ferro; Fe3O4) e/ou maguemita (óxido de ferro; γFe2O3). Se em uma região há rochas como diabásio ou basalto, provavelmente há solos com características magnéticas. Esses óxidos de ferros mencionados são chamados de "minerais ferrimagnéticos".

    A distribuição eletrônica segue orbitais que se combinam para representar as ligações químicas. Os orbitais possuem regiões, e em cada região dois elétrons são emparelhados de forma que seus spins sejam contrários (ou seja, o sentido de suas rotações é diferente, representamos isso com setas no diagrama). O emparelhamento dos elétrons não produz um campo magnético, pois as ondas são destrutivas, mas o que ocorre com alguns compostos, como os minerais ferrimagnéticos, é que nem todos os elétrons estão emparelhados.

    Logo, o elétron desemparelhado (lembrando que elétrons possuem carga), sozinho nesse subnível de energia, irá produzir um campo eletromagnético que irá interagir com o ímã que aproximamos do solo.

Material produzido por:
Adriano Paulo Aparecido Pereira de Oliveira
Aluno PUB do Instituto de Química da Universidade de São Paulo

Referências:

COSTA, A.S.C.; BIGHAM, J.M. Óxidos de ferro. In: MELO, V.F.; ALLEONI, L.R.F. (Eds.). Química e mineralogia do solo. Parte I. Conceitos básicos. Viçosa: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2009. p. 505-572.

OLIVEIRA, M.J. Termodinâmica. São Paulo: Livraria de Física, 2005.

AZZELINI, G.C.; aula 07 de QFL-1101. Teoria dos orbitais moleculares, 2017.