无机化合物的磁性

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1、3.6无机化合物的磁性通过对物质磁性的研究能提供有关物质内部机构、分子和电子结果的有用信息，还可以为一些新发展的理论提供大量的数据。许多磁性材料已经获得广泛的工业应用，例如含稀土离子的磁性材料利用在彩色电视显像管的荧光粉中，γ-Fe2O3是制造录音机磁带和计算机数据的储存材料。许多凡此行的稀土化合物，如RBa2Cu3O7～δ(R代表稀土元素），已经作为重要的超导材料，近来已经取得令人鼓舞的成果。通过研究和测定配合物的磁性，可提供有关中心金属离子电子结构和氧化态等方面的信息。1.物质的磁性类型物质的磁性类型主要有顺磁性（paramagnetism)和反磁性(diamagnetism).原子或分子

2、中的电子绕自身轴的转动具有自旋角动量，产生自旋磁矩。电子绕核的轨道运动具有轨道角动量，则产生轨道磁矩。当电子成对时，电子之间的磁矩就相互抵消。因此只有在基态时含有未成对电子的分子才有净的磁矩，且常是未成对电子的自旋磁矩和轨道磁矩的某种组合。这种由净磁矩分子组成的物质，在没有外加磁场时，平均磁矩为零。当至于外磁场中时，分子的磁矩趋向于外磁场的方向，是物质内部产生一个附加的磁场，物质表现出顺磁性。相反，某些分子中不含有未成对的电子，它们具有闭壳层电子，在外磁场的作用下，成对电子的轨道平面被稍微扭斜，因而产生一个与外磁场相反的小的净轨道磁矩，物质表现出反磁性。顺磁性物质通常也因具有闭壳层电子而具有反

3、磁性的行为，但由于反磁性通常比顺磁性低几个数量级，因而，总是表现出顺磁性。反磁性是和电子在组分原子的原子轨道或分子轨道的运动联系在一起的．反磁性物质的分子无永久磁矩．它们的磁矩是在外磁场的作用下感应产生的，这种感应产生的磁矩总和外磁场的磁力线方向相反．反磁性是所有物质的通性，它不仅存在于反磁性物质中，也存在于顺磁性物质中。顺磁性物质的分子具有永久磁矩．但在通常的环境下，有相当一部分这类物质并不表现出磁性，这是由于热运动使磁矩的取向毫无规则的缘故．假如将这类物质置于外磁场中，则外磁场倾向于使它们的磁轴和磁力线方向平行，结果，表现出顺磁性．除上述两种类型外，物质的磁性还有其他很复杂的形式如铁磁性和

4、反铁磁性。1.磁化率和分子磁矩在外磁场的作用下，物质内部磁力线的疏密程度或磁感应强度(B)，不仅依赖于外磁场的强度(H)，而且和物质的本性有关．反磁性物质须从外磁场强度中减去某一数值；顺磁性物质则须加上某一数值．因此，物质内部的磁感应强度可小于或大于外磁场强度．它们之间有如下列关系：B=H+4∏I（1）-I为物质的感应磁短，即磁化强度，它和物质的本性有关．I/H是物质磁化强度的量度，称体积磁化率(volumesusceptibility)，通常用符号k表示，即；I/H=k（2）体积磁比率的物理意义是单位体积、单位磁场强度下的磁矩．磁化率也可用比磁化率x(specificsusceptibili

5、ty)或摩尔磁化率xM(molarsusceptibility)来表示：其中d和M分别表示物质的密度和分子量一般情况下反磁性物质的磁化率xM为负，数量级为-10-6-10-5cm3mol-1顺磁性物质的磁化率xM为正，数量级为10-5-10-3cm3mol-1。但在表示物质的磁性时常用比磁化率Хg(或称单位质量磁化率)和摩尔磁化率Хm,即=（3）式中d为物质的密度，Хg的单位是cm3·g-1==Хg·M=（4）摩尔质量，Хm的单位时cm-3·mol-1.而物质的摩尔磁化率是物质的顺磁性磁化率和反磁磁化率之和=+（5）分子磁矩的测定：==（6）式中N是Avogadro常数，k是Boltzmann

6、常数。但是还有很多化合物低温时更符合所谓Curie-Weiss定律：=（7）式中的△是Curie–Weiss常数（量纲与温度相同）反磁性物质的摩尔磁化率与温度无关，顺磁性物质的摩尔磁化率与温度有关.一般用有效磁矩来衡量简单的顺磁分子（即无磁交换作用）的磁性。有效磁矩μeff与实验测得的摩尔磁化率的关系式如下：μeff=2.828（8）单位：Bohr磁子对第一过渡金属系列，大多数的金属离子其磁矩的数值与按纯自旋公式（9）式的计算相一致。μs=2=(9)式中s是总自旋角动量量子数，n是未成对电子数。1.轨道磁矩的贡献未成对电子绕核的轨道运动产生轨道角动量，对分子会产生轨道磁矩的贡献。分子的磁矩应有

7、比纯自旋公式的计算值高的数值。μs+l=(10)式中的L为总轨道角动量量子数。在大多数情况中轨道角动量对分子磁矩的贡献很小或没有贡献。出现这种情况的原因是由于配体电场对金属离子的d轨道的影响而使轨道角动量对分子磁矩的贡献部分或全部猝灭的结果。利用5个d轨道的对称性就可定性的解释上述现象。一般，即使存在有轨道磁矩贡献的情况下，仍可利用试验测的磁矩与由纯自旋公式的计算值进行比较来判断化合物的组态，因为