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时间:2018-07-12
《实验二十一磁化率的测定》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、实验十一磁化率的测定一、目的要求1.掌握Gouy磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。2.通过对一些配合物磁化率的测定,计算中心离子的不成对电子数.并判断d电子的排布情况和配位体场的强弱。二、实验原理 物质在磁场中被磁化,在外磁场强度H(A·m-1)的作用下,产生附加磁场H'。这时该物质内部的磁感应强度B为外磁场强度H与附加磁场强度H'之和: B=H十H'=H十4πχH=μH (1) 式中χ称为物质的体积磁化率、表示单位体积物质的磁化能力,是无量纲的物理量。μ称为导磁率,与物质的磁化学性质有关。由于历史原因,目前磁化学在文献和手册中仍多半采用静电单位(CGSE)
2、,磁感应强度的单位用高斯(G),它与国际单位制中的特斯拉(T)的换算关系是 1T=10000G 磁场强度与磁感应强度不同、是反映外磁场性质的物理量.与物质的磁化学性质无关。习惯上采用的单位为奥斯特(oe).它与国际单位A·m-1的换算关系为 1oe=1/4πX10-3A·m-1 由于真空的导磁率被定为:μ=4π×10-7Wb·A-1·m-1,而空气的导磁率μ空≈μ0,因而 1oe=1×10-4Wb·m-2=1×10-4T=1G 这就是说1奥斯特的磁场强度在空气介质中所产生的磁感应强度正好是1高斯,二者单位虽然不同.但在量值上是等同的。习惯上用
3、测磁仪器测得的"磁场强度"实际上都是指在某一介质中的磁感应强度,因而单位用高斯,测磁仪器也称为高斯计。 除χ外化学上常用单位质量磁化率χm和摩尔磁化率χM来表示物质的磁化能力: χm=χ/ρ (2) χM=M·χM=M·χ/ρ (3) 式中ρ和M是物质的密度(g·cm-3)和分子量,χm的单位取cm3·g-1,χM的单位取cm3·mol-1。 物质在外磁场作用下的磁化有三种情况 1.χM<o,这类物质称为逆磁性物质。 2.χM>o,这类物质称为顺磁性物质。 3.少数的χM与外磁场H有关,其值随磁场强度的增加而剧烈增加,并且还伴有剩磁现象,如铁、
4、钴、镍等,这类物质称为铁磁性物质。 物质的磁性与组成物质的原子、离子、分子的性质有关。原子、离子、分子中电子自旋已配对的物质一般是逆磁性物质。这是由于电子的轨道运动受外磁场作用,感应出"分子电流",从而产生与外磁场相反的附加磁场。这个现象类似于线圈中插入磁铁会产生感应电流,并同时产生与外磁场方向相反的磁场的现象。 磁化率是物质的宏观性质,分子磁矩是物质的微观性质,用统计力学的方法可以得到摩尔顺磁化率χμ和分子永久磁矩μm之间的关系: (4) 式中NA为Avogadro常数(6.022x1023mol-1);K为Boltzmann常数(1.3806x10-23
5、J·K-1);T为绝对温度。通过实验可以测定物质的χM,代人(4)式求得μm(因为χM≈μm),再根据下面的(6)式求得不成对的电子数n,这对于研究配位化合物的中心离子的电子结构是很有意义的。 物质的摩尔顺磁磁化率与热力学温度成反比这一关系,称为居里定律,是P.Curie 首先在实验中发现的,C为居里常数。 原子、离子、分子中具有自旋未配对电子的物质都是顺磁性物质。这些不成对电子的自旋产生了永久磁矩μm,微观的永久磁矩与宏观的摩尔磁化率χM之间存在联系,这一联系可以表达为: (5) (6) 式中:μB为Bohr磁子,其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩。 μB
6、=eh/4πmc=9.274×10-21erg·G-1=9.274×10-24J/T,e、m为电子电荷和静止质量;c为光速;h=6.6256×10-27erg·sec=6.6256×10-34J·s.为plank常数。 例如,Cr3+离子,其外层电子构型3d3,由实验测得其磁矩μm=3.77μB,则由(5)式可算得n≈3,即表明有3个未成对电子。又如,测得黄血盐K4[Fe(CN)6]的μm=0,则n=0,可见黄血盐中的3d6电子不是如图21-1(a)的排布,而是如图21-1(b)的排布。 图21-1Fe2+外层电子排布图 在没有外磁场的情况下,由于原子、分子的热
7、运动,永久磁矩指向各个方向的机会相等,所以磁矩的统计值为零。在外磁场作用下,这些磁矩会像小磁铁一样,使物质内部的磁场增强,因而顺磁性物质具有摩尔顺磁化率χμ。另一方面顺磁性物质内部同样有电子轨道运动,因而也有摩尔逆磁化率χ0,故摩尔磁化率χM是χμ与χ0两者之和: χM=χμ十χ0 (7) 由于χμ≥︱χ0︱,所以顺磁性物质的χM>0,且可近似认为χM≈χμ 根据配位场理论,过渡元素离子d轨道与配位体分子轨道按对称性匹配原则重新组合成新的群轨道。在ML6正八面体配
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