物化实验_实验报告_磁化率

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1、华南师范大学实验报告课程名称：结构实验实验项目：磁化率的测定一、实验题目：磁化率的测定二、实验目的1.掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。2.通过对一些配位化合物磁化率的测定，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。三、实验原理1、摩尔磁化率和分子磁矩:物质在外磁场作用下，由于电子等带电体的运动，会被磁化而感应出一个附加磁场。物质被磁化的程度用磁化率χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关：Hˊ=4πχH0(1)χ为无因次量，称为物质的体积磁化率，简称磁化率，表示单位体积内磁场强度的变化，反映了物质被磁化的难易程度。化学上常用摩尔磁化率χm表

2、示磁化程度，它与χ的关系为χm=χM/ρ(2)式中M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。χm的单位为m3mol−1。物质在外磁场作用下的磁化现象有三种：第一种，物质的原子、离子或分子中没有自旋未成对的电子，即它的分子磁矩µm=0。当它受到外磁场作用时，内部会产生感应的“分子电流”，相应产生一种与外磁场方向相反的感应磁矩。如同线圈在磁场中产生感生电流，这一电流的附加磁场方向与外磁场相反。这种物质称为反磁性物质，如Hg、Cu、Bi等。它的称为反磁磁化率，用表示，且<0。第二种，物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子，它的电子角动量总和不等于零，分子磁矩µm≠0。这些杂乱取向的分子磁矩在受到外

3、磁场作用时，其方向总是趋向于与外磁场同方向，这种物质称为顺磁性物质，如Mn、Cr、Pt等，表现出的顺磁磁化率用表示。但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩，因此它的χm是顺磁磁化率与反磁磁化率之和。因

4、χ顺

5、>>

6、χ反

7、，所以对于顺磁性物质，可以认为χm=χ顺，其值大于零，即χm>0。第三种，物质被磁化的强度随着外磁场强度的增加而剧烈增强，而且在外磁场消失后其磁性并不消失。这种物质称为铁磁性物质。.简单络合物的磁性与未成对电子2、对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率与分子磁矩µm关系可由居里－郎之万公式表示：χm=χ顺=(NAμ0μm)/3kT(3)式中NA为阿伏加德罗常数（6.022×1

8、023mol−1），k为玻尔兹曼常数(1.3806×10−23J·K−1)，µ0为真空磁导率（4π×10−7N·A−2），T为热力学温度。式(2-136)可作为由实验测定磁化率来研究物质内部结构的依据。分子磁矩µm由分子内未配对电子数n决定，其关系如下：(4)式中µB为玻尔磁子，是磁矩的自然单位。µB=9.274×10−24J?T−1（T为磁感应强度的单位，即特斯拉）。求得n值后可以进一步判断有关络合物分子的配键类型。例如，Fe2+离子在自由离子状态下的外层电子结构为3d64s04p0。如以它作为中心离子与6个H2O配位体形成[Fe(H2O)6]2+络离子，是电价络合物。其中Fe2+离子仍

9、然保持原自由离子状态下的电子层结构，此时n=4。如果Fe2+离子与6个CN−离子配位体形成[Fe(CN)6]4−络离子，则是共价络合物。这时其中Fe2+离子的外电子层结构发生变化，n=0。显然，其中6个空轨道形成d2sp3的6个杂化轨道，它们能接受6个CN−离子中的6对孤对电子，形成共价配键。3、古埃法测定磁化率古埃磁天平法是测定物质磁化率的实验方法之一，实验装置见仪器说明中图1。在圆柱形的玻璃样品管中放入测定样品，把样品管悬挂在天平的挂勾上，使样品管的底部处于外磁场强度最强处，即电磁铁两极的中心位置。样品管中的样品要紧密、均匀，且量要足够多，样品管的上端要处于外磁场强度小到可以忽略的位置

10、，甚至为零的区域。这样，样品就处于一不均匀的磁场中，设样品的截面积为A，样品管的长度方向为的体积,在非均匀磁场中所受到的作用力为式中为磁场中心位置的强度，为磁场强度梯度，对于顺磁性物质的作用力指向磁场强度最大的方向，反磁性物质则指向磁场强度最弱的方向，当不考虑样品周围介质（如空气，其磁化率很小）和H0的影响时，整个样品所受的力为（13）若空样品管在无外磁场作用和有外磁场作用两种情况下的重量差为，同一样品管装有样品后在无外磁场和有外磁场作用时的重量差为，则（14）式中为重力加速度，由（13）和（14）式得：（15）已知、，测得和，由（15）式可求算出。实验中可以通过高斯计直接测量，亦可采用标

11、准样品标定。后一种方法是在样品管中装入标准样，做同样的实验测定有：（16）有，k=所以Xm=图1实验仪器装置图一般以莫尔氏盐［］为标准样，它的摩尔磁化率与温度的关系为式中为热力学温度，M莫为莫尔氏盐的摩尔质量kg/mol。由实验测得样品的摩尔磁化率后，求算分子磁矩，再根据式（4）估算未成对电子数。四、注意事项1.所测样品应事先研细，放在装有浓硫酸的干燥器中干燥。2、空样品管需干燥洁净。装样时应使样品均匀填实。3、称量时，