البزموت عنصر غير عادي لا نصادفه كثيرا في الحياة اليومية. لكن هذا المعدن الجميل البرونزي اللون، والذي يوجد بالقرب من أسفل الجدول الدوري، يظهر بعض الخصائص الاستثنائية.
يعد الرفع المغناطيسي - قدرة البزموت على الطفو على ما يبدو بين مغناطيسين - من أكثر الخصائص إثارة للاهتمام. إن التنافر بين البزموت والمغناطيس قوي جدًا لدرجة أنه يتسبب في تحليق المعدن.
ولكن لماذا ينفر البزموت بقوة من المغناطيس؟
وفقًا لإريك ريزل، وهو كيميائي متخصص في المواد المغناطيسية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، فإن الإجابة تتعلق بنوع المغناطيسية التي يعرضها البزموت. كل مادة لها خواص مغناطيسية، يتم تحديدها من خلال خاصية كمومية لللف الإلكتروني للعنصر.
ولكن، لا يمكن لهذا اللف إلا أن يشير في اتجاهين - لأعلى أو لأسفل - ومجموع كل اللفوف في المادة يحدد نوع المغناطيسية الذي سيظهره العنصر بالضبط.
وقال ريزل لموقع Live Science: "معظم الناس على دراية بالمواد ferromaγnetic (المغناطيسات الدائمة) مثل الحديد، حيث تكون جميع اللفوف متوازية مع بعضها البعض، ولكن هناك أيضًا مواد anti-ferromagnetic (معادية للحديدية) حيث تكون اللفوف متجهة في اتجاهين متعاكسين بالنسبة لبعضها البعض".
ومع ذلك، هناك أيضًا زوجان آخران من الفئات المغناطيسية: diamagnetism (الdiamagnetic) و paramagnetism (البارamamagnetic).
وقال: "في المواد البارامغناطيسية، عندما تطبق مجالًا مغناطيسيًا، فإن اللفوف في تلك المادة ستتماشى مع المجال بما يتناسب مع قوتها. أما المواد الـdiamagnetic فتطبق قوة في الاتجاه المعاكس للمجال، ما يؤدي إلى صدها".
يعتبر البزموت مثالًا على مادة diamagnetic، ومع ذلك فهذا ليس السلوك الذي نتوقعه من التكوين الإلكتروني للعنصر.
يعتمد نوع المغناطيسية الذي تظهره المادة على ترتيب الإلكترونات واللفوف المقابلة لها. تدور الإلكترونات حول النواة في طبقات محددة تسمى قشرًا، والتي تنقسم إلى مستويات أخرى تسمى المدارات s و d و p و f.
عادةً، تحتوي المواد الـ diamagnetic على بنية قشرة مغلقة. وهذا يعني أن مجموعة معينة من المدارات ممتلئة تمامًا وقد أُجبرت الإلكترونات على الاقتران، حيث يشير أحدهما لأعلى والآخر لأسفل - مما يلغي اللفوف بشكل أساسي. وعلى العكس ، عادةً ما تحتوي المواد البارامغناطيسية على مدارات مليئة جزئيًا، ما يعني أن الإلكترونات غير مقترنة ويمكن أن تتماشى لفوفها في نفس الاتجاه.
يقع البزموت في المجموعة 15 من الجدول الدوري. المدارات s و d و f ممتلئة جميعًا ، لكن مدارات p تحتوي على ثلاثة إلكترونات من أصل ستة إلكترونات ممكنة.
لذلك يحتوي البزموت على مدارات مليئة جزئيًا وينبغي أن يتصرف كمادة بارامغناطيسية. ومع ذلك، فإن موقعه في الصف السادس من الجدول الدوري يعني أن البزموت يمتلك أيضًا بعض خصائص غير عادية للذرات الثقيلة.
وقال إيرا مارتينياك ، وهو أيضًا كيميائي متخصص في المواد المغناطيسية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "العناصر الكيميائية الموجودة بعد كتلة f في الجدول الدوري لها إلكتروناتها الخارجية التي تدور حول النواة بسرعات تمثل كسورًا كبيرة من سرعة الضوء.
يجعل التأثير النسبي المباشر مدارات 6s و 6p تنكمش وتستقر بالقرب من النواة ، ما يؤدي إلى خصائص فيزيائية وكيميائية شاذة".