Si se coloca un átomo cerca de un imán de herradura, ¿se sentiría atraído hacia el polo negativo o el polo positivo?

Eso se decidiría por el tipo de magnetismo al que se ajusta el átomo. El tipo de magnetismo lo deciden los electrones en el último orbital del átomo. Incluso si el átomo es eléctricamente neutro, posee un momento magnético debido a los momentos intrínsecos de sus electrones (también llamado espín ). El Principio de exclusión de Pauli exige que un par de electrones en un orbital tenga momentos magnéticos intrínsecos (espín) opuestos, que luego se cancelan entre sí. Para un átomo con un electrón no apareado, no hay un momento magnético cancelado.

El diamagnetismo es la tendencia a oponerse a los campos magnéticos aplicados. Esto se debe principalmente a los electrones emparejados en los orbitales atómicos. En tales átomos (cuando se colocan en un campo magnético), los electrones experimentan dos fuerzas: la fuerza EM dirigida hacia el núcleo y la fuerza de Lorentz que está en la dirección del campo magnético. Los electrones que tienen la misma dirección de giro (que la del campo magnético) experimentan una disminución en sus momentos magnéticos, mientras que los electrones que tienen la dirección de giro opuesta experimentan un momento magnético aumentado. El efecto global general es un pequeño momento magnético en la dirección opuesta al campo aplicado. Por lo tanto, el átomo diamagnético colocado cerca del imán exhibiría un ligero movimiento hacia el Polo Norte contra el campo magnético.

El paramagnetismo es exhibido por átomos que no tienen electrones emparejados, sin momentos magnéticos cancelados y, por lo tanto, son libres de alinearse de la forma que quieran. Cuando se coloca en un campo magnético, estos momentos se alinearán en la dirección del campo magnético. Cuando se coloca en un campo magnético, un átomo paramagnético se moverá hacia el Polo Sur del imán HS a medida que se dirija el momento del átomo para reforzar el campo magnético.

El enfoque que he usado es clásico. Un enfoque mecánico cuántico explicaría las cosas mucho mejor ya que estamos tratando con entidades que son extremadamente pequeñas y para las cuales la mayoría de los enfoques clásicos fallan.

Bueno, un átomo es una partícula no cargada y, por lo tanto, no se sentirá atraído por el imán. Si es un ion, se atraerá hacia cualquier polo, dependiendo de la carga del ion.