[汇编]实验六磁化率的测定

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1、实验十六磁化率的测定1.实验目的及要求1）掌握古埃（Gouy）法测定磁化率的原理和方法。2）通过测定一些络合物的磁化率，求算未成对电子数和判断这些分子的配键类型。2.实验原理1）磁化率物质在外磁场作用下，物质会被磁化产生一附加磁场。物质的磁感丿'V强度等于方=方0+@=何芳+炉(16.1)式中为外磁场的磁感应强度；B'为附加磁感应强度；H为外磁场强度；X为真空磁导率,其数值等于4兀X10_7N/A物质的磁化可用磁化强度M来描述，M也是矢最，它与磁场强度成正比。M=XH(16.2)式小Z为物质的体积磁化率。在化学

2、上常用质量磁化率乂皿或摩尔磁化率Xm来表示物质的磁性质。(16.3)(16.4)式屮P、M分别是物质的密度和摩尔质量。2）分了磁矩与磁化率物质的磁性与组成物质的原子，离子或分子的微观结构有关，当原子、离子或分子的两个自旋状态电子数不相等，即有未成对电子吋，物质就具有永久磁矩。由于热运动，永久磁矩的指向各个方向的机会相同，所以该磁矩的统计值等于零。在外磁场作用下，具冇永久磁矩的原子，离子或分子除了具永久磁矩会顺看外磁场的方向排列。（其磁化方向与外磁场相同，磁化强度与外磁场强度成正比），表观为顺磁性外，述山于它内部的

3、电子轨道运动有感应的磁矩，其方向与外磁场相反，表观为逆磁性，此类物质的摩尔磁化率乂恋是摩尔顺磁化率X帅•和摩尔逆磁化率X逆的和。Xm=心+才連对于顺磁性物质，X顺>>丨X逆丨，可作近似处理，XM=X顺。对于逆磁性物质，贝IJ只有X逆，所以它的XM=X逆。第三种情况是物质被磁化的强度与外磁场强度不存在正比关系，而是随着外磁场强度的增加而剧烈增加，当外磁场消失后，它们的附加磁场，并不立即随Z消失，这种物质称为铁磁性物质。磁化率是物质的宏观性质，分子磁矩是物质的微观性质，川统计力学的方法可以得到摩尔顺磁化率X顺和分了永

4、久磁矩Mm间的关系N曲&_C(16.6)Pkt一t式中N。为阿佛加徳罗常数；K为波尔兹曼常数；T为绝对温度。物质的燃尔顺磁磁化率•热力学温度成反比这一关素，称为居里定律，是居里首先在实验中发现，C为居里常数。物质的永久磁矩产。与它所含冇的未成对电子数n的关系为“m=曲J丛“+2）,（16.7）式中UB为玻尔磁子，其物理意义是单个口由电子口旋所产生的磁矩。e/?4wme=9.274X1O~J/T(16.8)式中h为普册克常数；叫为电子质量。因此，只要实验测得X4,即可求出Um，算出未成对电子数。这对于研究某些原子

5、或离子的电子组态，以及判断络合物分子的配键类型是很有意义的。3）磁化率的测定古埃法测定磁化率装置如图II一28-1所示。将装有样品的圆柱形玻管如图16.1所示方式悬挂在两磁极中间，使样品底部处于两磁极的中心。亦即磁场强度最强区域，样品的顶部则位于磁场强度最弱，其至为零的区域。这样，样品就处于一不均匀的磁场屮，设样品的截面积为儿样品管的长度方向为dS的体积，A/S在非均匀磁场中所受到的作用力〃为AF=X^HAdS（］6.9）图16.1古埃磁天平示意图dH式屮丽为磁场强度梯度，对于顺磁性物质的作用力，指向场强度最人的

6、方向，反磁性物质则指向场强度弱的方向，当不考虑样品周围介质（如空气，英磁化率很小）和H。的影响时,整个样品所受的力为F=£：：畑AHdS枭=^XpoH2A(16.10)当样品受到磁场作用力时，天平的另一臂加减祛码使之平衡,后的质量差，则为施加磁场前F=专畑HM==g（S空仪样岛一S空管）(16.11)m由于X=Xm・P，P=4代入（16.10）式整理得(16.12)a（S空管+样品一△加空管）力・g・Mf^mHz—式屮h为样品高度；m为样品质量；M为样品摩尔质量；P为样品密度；卩。为真空磁导率。p0=47nX10

7、7N/A磁场强度〃可用“特斯拉计”测量，或用已知磁化率的标准物质进行间接测量。例如用莫尔盐[（NH.）2SOi・FeSO,・6H20],已知莫尔盐的f与热力学温度T的关系式为9500=T+1X4kX10-9(16.13)1.仪器与药品古埃磁天平（包括电磁铁，电光天平，励磁电源）1套;特斯拉计1台;软质玻璃样品管4只;样品管架1个;直尺1只;角匙4只;广口试剂瓶4只;小漏斗4只。莫尔氏盐（NH4）2SO4•FeSO4-6H2O（分析纯）;FeSO4•7H2O（分析纯）;K3Fe（CN）6（分析纯）;K4Fc（CN

8、）6•3H2O（分析纯）。2.实验步骤1）将特斯拉计的探头放入磁铁的中心架中，套上保护套，调节特斯拉计的数字显示为“0”。2）除下保护套，把探头平面垂肖•置于磁场两极中心，打开电源，调节“调压旋钮”，使电流增大至特斯拉计上显示约“0.3T”，调节探头上下、左右位直，观察数字显示值，把探头位置调节至显示值为最大的位置，此乃探头最佳位置。用探头沿此位置的垂直线，测定离磁铁中心