磁化率的测定.doc

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1、磁化率的测定实验目的：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。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：　　式中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。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)，磁感应强度的单

2、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＝　　由于真空的导磁率被定为：＝4π×10-7Wb·A-1·m-1，而空气的导磁率≈，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。习惯上用测磁仪器测得的“磁场强度”实际上

3、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。　　　除外化学上常用单位质量磁化率和摩尔磁化率来表示物质的磁化能力：　　　　　(2)　　(3)　　　式中和M是物质的密度（g·cm-3）和分子量，的单位取cm3·g-1，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．＜o，这类物质称为逆磁性物质。　　2．＞o，这类物质称为顺磁性物质。　　3．少数的与外外磁场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、钴、镍等，这类物质称为铁磁性物质。　　物质的磁性与组成物质

4、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和分子永久磁矩之间的关系：(4)　　式中NA为Avogadro常数（）；K为Boltzmann常数（）；T为绝对温度。通过实验可以测定物质的，代人(4)式求得（因为），再根据下面的(

5、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，微观的永久磁矩与宏观的摩尔磁化率之间存在联系，这一联系可以表达为：　　　(6)　　式中：为Bohr磁子，其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩。　　＝＝9.274×10－21erg·G-1＝9.274×10－24J/T，e、

6、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，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，则n=0，可见黄血盐中的3d6电子不是如图45－1(a)的排布，而是如图45－1(b)的排布。图45－1Fe2+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

7、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。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，故摩尔磁化率是与两者之和：=十　　(7)　　由于≥︱︱，所以顺磁性物质的＞0，且可近似认为≈　　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正八面体配位化合物中，M原于处在中心位置，点群对称性Oh，中心原子M的s、px、py、pz、、轨道与和它对称性匹配的配位体L的σ轨道组合成成键轨道a1g、t1u、eg。M的dxy、dyz、

8、dxz轨道的极大值方向正好和L的σ轨道错开，基本上不受影响，是非键轨道t2g。因L电负性值较高而能级低，配位体电子进入成键轨道，相当于配键。M的电子安排在三个非键轨道t2g和两个反键轨道eg*上，低的t2g和高的eg*之间能级间隔称为分裂能△，这时d电子的排布需要考虑电子成对能P和轨道分裂能△的相对大小。　　对强场配