Czy magnes przyciąga złoto – odpowiedź i proste wyjaśnienie

Czy magnes przyciąga złoto? Krótka odpowiedź brzmi: czyste złoto nie jest przyciągane przez zwykły magnes. Aby dobrze to zrozumieć, warto krok po kroku wytłumaczyć, jak działa magnes i jakie właściwości ma złoto jako metal.

Jak działa magnes – proste wyjaśnienie

Magnes oddziałuje przede wszystkim na materiały, które nazywamy ferromagnetykami (albo potocznie „magnetycznymi”). Najbardziej znane przykłady to:

• żelazo,
• stal,
• nikiel,
• kobalt.

W takich materiałach w skali atomowej istnieją małe „magnesiki” (momenty magnetyczne atomów), które mogą się ustawiać w jednym kierunku. Gdy wiele z nich jest ustawionych tak samo, materiał tworzy silne pole magnetyczne i jest przyciągany przez magnes.

Siłę działającą na mały magnes umieszczony w polu magnetycznym można w uproszczeniu zapisać jako:

\[ \vec{F} \approx \nabla(\vec{m} \cdot \vec{B}) \]

gdzie:

• \(\vec{F}\) – siła działająca na magnes,
• \(\vec{m}\) – moment magnetyczny (jak „mały magnesik”),
• \(\vec{B}\) – wektor indukcji magnetycznej (pole magnesu),
• \(\nabla(\cdot)\) – symbol pokazujący, że siła zależy od zmiany pola w przestrzeni (silniej działa tam, gdzie pole jest „nierównomierne”).

Silna siła pojawia się tam, gdzie:

1. materiał ma duży moment magnetyczny (dużo „małych magnesików”),
2. pole magnetyczne zmienia się w przestrzeni (np. blisko końców magnesu).

Złoto nie należy do tej grupy silnie magnetycznych materiałów, dlatego magnes go prawie nie „widzi”. Zanim jednak przejdziemy do złota, omówmy jeszcze krótko trzy główne rodzaje zachowania materiałów w polu magnetycznym.

Rodzaje zachowania materiałów w polu magnetycznym

Materiały można w uproszczeniu podzielić na trzy główne grupy (w kontekście magnesów stałych):

1. Ferromagnetyki – bardzo silnie przyciągane przez magnes
   • np. żelazo, stal, nikiel, kobalt, niektóre stopy.
2. Paramagnetyki – bardzo słabo przyciągane przez magnes
   • efekt jest zwykle tak mały, że nie zauważysz go zwykłym magnesem.
3. Diamagnetyki – bardzo słabo odpychane przez magnes
   • również efekt jest bardzo mały i wymaga specjalnych warunków, żeby go zaobserwować.

Własności magnetyczne materiału często opisuje się za pomocą tzw. podatności magnetycznej \(\chi\). Mówi ona, jak silnie materiał reaguje na zewnętrzne pole magnetyczne.

W prostym przybliżeniu związek między namagnesowaniem materiału \(M\) a natężeniem pola magnetycznego \(H\) zapisuje się tak:

\[ M = \chi H \]

gdzie:

• \(M\) – namagnesowanie (jak bardzo materiał „staje się magnesem”),
• \(H\) – natężenie pola magnetycznego (jak silne jest pole),
• \(\chi\) – podatność magnetyczna.

Dla uproszczenia możesz zapamiętać:

• ferromagnetyki: \(\chi\) duże dodatnie → silne przyciąganie,
• paramagnetyki: \(\chi\) małe dodatnie → bardzo słabe przyciąganie,
• diamagnetyki: \(\chi\) małe ujemne → bardzo słabe odpychanie.

Jakie właściwości magnetyczne ma złoto?

Czyste złoto jest materiałem diamagnetycznym. To oznacza, że:

• nie jest przyciągane przez magnes,
• w bardzo silnym polu magnetycznym byłoby odpychane, ale efekt jest niezwykle mały.

W praktyce oznacza to, że gdy przyłożysz domowy magnes do prawdziwej złotej monety czy sztabki:

• nie zobaczysz żadnego ruchu,
• złoto nie „przylgnie” do magnesu.

Pod względem magnetyzmu złoto zachowuje się zupełnie inaczej niż np. żelazo. Różnica wynika z budowy elektronowej atomów złota i tego, jak elektrony poruszają się w polu magnetycznym – ale na poziomie podstawowym wystarczy zapamiętać: złoto jest diamagnetyczne, więc nie zauważysz, by przyciągał je magnes.

Czy złoto zawsze „nie reaguje” na magnes?

W praktyce sytuacja może się skomplikować, ponieważ rzadko mamy do czynienia z idealnie czystym złotem. Złote przedmioty to często:

• stopy złota z innymi metalami,
• złocone (pozłacane) przedmioty,
• podróbki ze zwykłego metalu pokryte cienką warstwą złota.

Złote stopy a magnes

Biżuteria ze złota to zazwyczaj nie jest 100% złoto, lecz stop, np. 585, 750 itp. Próba złota oznacza, ile procent masy stanowi złoto:

• próba 585 → 58,5% złota, reszta to inne metale,
• próba 750 → 75% złota, reszta to inne metale itd.

Te inne metale (dodatki do stopu) mogą być np.:

• srebrem,
• miedzią,
• niklem,
• innymi pierwiastkami.

Jeśli w stopie złota znajduje się ferromagnetyk (np. niewielka domieszka żelaza albo stali), to całość może być lekko przyciągana przez magnes. Efekt zwykle nie jest bardzo duży, ale zauważalny, gdy przykładamy silny magnes neodymowy.

Dlatego:

• to, że złoty pierścionek jest minimalnie przyciągany przez magnes, nie zawsze oznacza, że jest „fałszywy”, ale budzi podejrzenia, że ma domieszki materiałów magnetycznych,
• to, że przedmiot nie jest przyciągany przez magnes, też nie gwarantuje, że to czyste złoto – może to być np. mosiądz lub inny niemagnetyczny stop.

Złoto w naturze

Złoto występuje w naturze w postaci:

• samorodków,
• drobnych „płatków” lub ziaren w skałach i piaskach.

Naturalny samorodek złota (jeśli jest to naprawdę złoto, a nie np. piryt czy inne „złociste” minerały) również nie będzie reagował na magnes, bo złoto samo w sobie jest diamagnetyczne.

Czy magnes może „pomóc” w rozpoznaniu złota?

Wiele osób liczy na to, że prosty test z magnesem powie im, czy dany przedmiot jest zrobiony ze złota. Niestety test z magnesem jest tylko bardzo prostą wskazówką, a nie ostatecznym dowodem.

Co można wywnioskować z prostego eksperymentu z magnesem?

Załóżmy, że masz nieznany metalowy przedmiot i silny magnes neodymowy.

1. Przedmiot jest silnie przyciągany przez magnes
   • to niemal na pewno nie jest czyste złoto,
   • materiał zawiera prawdopodobnie dużo żelaza, stali lub innego ferromagnetyku,
   • może to być tania podróbka pozłacana lub zupełnie inny metal.
2. Przedmiot nie reaguje na magnes (albo reakcja jest tak mała, że nie do zauważenia)
   • to może być złoto, ale równie dobrze może to być inny niemagnetyczny metal (np. mosiądz, miedź, aluminium lub ich stopy),
   • konieczne są dodatkowe testy (gęstość, próba jubilerska, badanie u specjalisty).

Wniosek: magnes jest dobrym narzędziem do szybkiego odrzucenia części podróbek, ale sam nie potwierdzi, że coś jest na pewno złotem.

Dlaczego złoto jest diamagnetyczne – intuicyjne wyjaśnienie

Na poziomie zaawansowanej fizyki odpowiedź wiąże się z budową atomu złota i zachowaniem jego elektronów w polu magnetycznym. Dla zrozumienia na poziomie podstawowym wystarczy kilka intuicji:

• Elektrony „krążące” i poruszające się wokół jądra atomu mogą tworzyć małe prądy elektryczne.
• Każdy prąd tworzy wokół siebie pole magnetyczne (to prawo elektromagnetyzmu).
• Gdy przykładamy zewnętrzne pole magnetyczne, elektrony w diamagnetyku ustawiają się tak, że tworzą pole przeciwne do zewnętrznego.
• To powoduje bardzo słabe odpychanie materiału od magnesu.

Względna przenikalność magnetyczna \(\mu_r\) materiału wiąże się z podatnością magnetyczną \(\chi\) prostym wzorem:

\[ \mu_r = 1 + \chi \]

Dla diamagnetyków \(\chi < 0\), więc:

• \(\mu_r < 1\) – materiał minimalnie osłabia pole magnetyczne,
• efekt jest bardzo, bardzo słaby.

Dlatego nawet jeśli w teorii złoto jest odpychane przez magnes, w praktyce w domowych doświadczeniach zobaczysz po prostu brak reakcji.

Prosty eksperyment z magnesem i „złotem” w domu

Możesz łatwo przeprowadzić samodzielny eksperyment, aby zrozumieć różnice między różnymi metalami.

Co będzie potrzebne?

• silny magnes (np. neodymowy),
• kilka metalowych przedmiotów:
  • klucz, śrubka (stal / żelazo),
  • miedziana moneta,
  • aluminiowy przedmiot,
  • złoty pierścionek lub inny „złoty” przedmiot (jeśli masz),
  • opcjonalnie inna biżuteria (srebrna, stal chirurgiczna itp.).

Przebieg doświadczenia

1. Przyłóż magnes do przedmiotów ze stali / żelaza.
   • Zauważysz silne przyciąganie – to ferromagnetyki.
2. Przyłóż magnes do miedzianej monety.
   • Nie będzie widocznej reakcji – miedź jest diamagnetyczna (jak złoto), ale efekt jest zbyt mały.
3. Przyłóż magnes do przedmiotu z aluminium.
   • Również nie zobaczysz wyraźnej reakcji – aluminium nie jest ferromagnetyczne.
4. Przyłóż magnes do złotego (lub „złotego”) przedmiotu.
   • Jeśli jest przyciągany silnie – najpewniej to nie czyste złoto, ale materiał ze stalą lub innym ferromagnetykiem.
   • Jeśli nie reaguje – może to być złoto, ale też inny niemagnetyczny metal (sam test nie rozstrzyga).

To proste ćwiczenie pomaga „poczuć” różnice między materiałami magnetycznymi a niemagnetycznymi. Uczy też, że brak reakcji na magnes nie oznacza automatycznie złota.

Częste mity i nieporozumienia

Mit 1: „Jeśli coś nie przyciąga magnesu, to na pewno jest złote”

Fałsz. Jest bardzo wiele metali i stopów, które nie są przyciągane przez magnes (miedź, aluminium, mosiądz, srebro, cynk itd.). Złoto to tylko jeden z wielu przykładów.

Mit 2: „Prawdziwe złoto zawsze jest trochę przyciągane, bo zawiera domieszki”

Fałsz. Wysokiej próby złoto (np. 999, 916, 750) może być całkowicie niemagnetyczne, jeśli dodatki nie są ferromagnetyczne. Domieszki nie muszą sprawiać, że stop reaguje na magnes.

Mit 3: „Magnes pozwala od razu wykryć fałszywe złoto”

Częściowo prawda. Magnes pozwala szybko odrzucić te podróbki, które są zrobione z wyraźnie magnetycznych metali (stal itp.). Ale nie wykryje tych fałszywek, które wykonano z niemagnetycznych stopów.

Jak w praktyce rozpoznać złoto (w skrócie)

Magnes to tylko pierwszy krok. W praktyce złoto rozpoznaje się m.in. poprzez:

• sprawdzenie cech probierczych (znaki na biżuterii),
• pomiar gęstości – złoto ma dużą gęstość ok. \(19{,}3\ \text{g/cm}^3\), dużo większą niż większość popularnych metali,
• testy chemiczne (np. z użyciem kwasów – wykonywane przez jubilerów),
• profesjonalne urządzenia (analizatory rentgenowskie, testery elektroniczne).

Sam magnes może dać prostą odpowiedź typu „na pewno nie jest to czyste złoto” (gdy metal jest mocno przyciągany), ale zwykle nie daje odpowiedzi „to na pewno jest złoto”.

Podsumowanie: czy magnes przyciąga złoto?

• Czyste złoto (Au) jest diamagnetyczne – w polu magnesu zachowuje się praktycznie tak, jakby było obojętne. Efekt odpychania jest tak słaby, że go nie zauważysz.
• Zwykły magnes w domu nie przyciąga czystego złota.
• Złote stopy i biżuteria mogą zawierać domieszki ferromagnetyczne (np. żelazo, stal), co może powodować lekkie przyciąganie przez magnes.
• Silne przyciąganie „złotego” przedmiotu przez magnes sugeruje, że nie jest to czyste złoto, a raczej podróbka lub stop o dużej zawartości materiałów magnetycznych.
• Brak przyciągania nie gwarantuje, że przedmiot jest zrobiony ze złota – może być z innego, niemagnetycznego metalu.

Wiedząc to wszystko, możesz świadomie odpowiedzieć na pytanie: czy magnes przyciąga złoto? – Nie, czyste złoto nie jest przyciągane przez magnes, a wszelkie odstępstwa od tego zachowania wynikają z domieszek i stopów, a nie z samego złota.