磁化率的測定報告

1、廣州大學(xué)學(xué)生實驗報告化率與分子永久磁矩的關(guān)系服從居里定律開課學(xué)院及實驗室:學(xué)院 化學(xué)化工學(xué) 年級、專 學(xué)院 院 業(yè)、班11應(yīng)化班姓名俞劍蘭學(xué)號1105100032實驗課程名稱物理化學(xué)實驗成績實驗項目名稱配合物磁化率的測定指導(dǎo)老師張建華一、 實驗?zāi)康?、.掌握古埃(Gouy)磁天平測定物質(zhì)磁化率的實驗原理和技術(shù)2、通過對一些配位化合物磁化率的測定，計算中心離子的不成對電子數(shù).并判斷d 電子的排布情況和配位體場的強(qiáng)弱。3、通過試壓泵鞏固物質(zhì)磁性，特別是分子磁性的知識。二、實驗原理2.1磁化率物質(zhì)在外磁場中，會被磁化并感生一附加磁場，其磁場強(qiáng)度日與外磁場強(qiáng)度H之和稱 為該物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,即B=H

2、+H(1)與H方向相同的叫順磁性物質(zhì)，相反的叫反磁性物質(zhì)。還有一類物質(zhì)如鐵、鉆、竦 及其合金，H比H大得多(H /H)高達(dá)104，而且附加磁場在外磁場消失后并不立即 消失，這類物質(zhì)稱為鐵磁性物質(zhì)。物質(zhì)的磁化可用磁化強(qiáng)度I來描述，H =4n I。對于 非鐵磁性物質(zhì)，I與外磁場強(qiáng)度H成正比I=KH (2)式中，K為物質(zhì)的單位體積磁化率(簡稱磁化率)，是物質(zhì)的一種宏觀磁性質(zhì)。在化學(xué)中 常用單位質(zhì)量磁化率X m或摩爾磁化率X M表示物質(zhì)的磁性質(zhì)，它的定義是X m=K/p (3)X M=MK/p (4)式中，p和M分別是物質(zhì)的密度和摩爾質(zhì)量。由于K是無量綱的量，所以X m和X M 的單位分別是cm3/g

3、和cm3/mol，磁感應(yīng)強(qiáng)度SI單位是特斯拉(T)，而過去習(xí)慣使用 的單位是高斯(G)，1T=104G。2.2分子磁矩與磁化率物質(zhì)的磁性與組成它的原子、離子或分子的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，在反磁性物質(zhì)中，由于 電子自旋已配對，故無永久磁矩。但是內(nèi)部電子的軌道運動，在外磁場作用下產(chǎn)生的拉 摩進(jìn)動，會感生出一個與外磁場方向相反的誘導(dǎo)磁矩，所以表示出反磁性。其XM就等 于反磁化率X反，且X M0。順磁X M=Nam 2m/(3KT)(6)式中，NA為Avogadro常數(shù)，K是波爾茲曼常數(shù)，T是熱力學(xué)溫度，p m為分子永久磁 矩。由此可見X m=NaP 2m/(3KT)+ X 反(7) 由于X反不隨溫度變化(或

4、變化極小)，所以只要測定不同溫度下的X M對1/T作圖，截 矩即為X反，由斜率可求p m。由于比X順小得多，所以在不很精確的測量中可忽略X 反作近似處理X M=X 順=NaP 2M/(3KT)(8)順磁性物質(zhì)的p m與未成對電子數(shù)n的關(guān)系為日=日 Bn(n + 2)(9)式中，是玻爾磁子，其物理意義是:單個自由電子自旋所產(chǎn)生的磁矩。2.3磁化率與分子結(jié)構(gòu)(6)式將物質(zhì)的宏觀性質(zhì)X M與微觀性質(zhì)p m聯(lián)系起來。由實驗測定物質(zhì)的X M，根 據(jù)(8)式可求得p m，進(jìn)而計算未配對電子數(shù)n。這些結(jié)果可用于研究原子或離子的電子 結(jié)構(gòu)，判斷絡(luò)合物分子的配鍵類型。絡(luò)合物分為電價絡(luò)合物和共價絡(luò)合物。電價絡(luò)合物

5、 中心離子的電子結(jié)構(gòu)不受配位體的影響，基本上保持自由離子的電子結(jié)構(gòu)，靠靜電庫侖 力與配位體結(jié)合，形成電價配鍵。在這類絡(luò)合物中，含有較多的自旋平行電子，所以是 高自旋配位化合物。共價絡(luò)合物則以中心離子空的價電子軌道接受配位體的孤對電子， 形成共價配鍵，這類絡(luò)合物形成時，往往發(fā)生電子重排，自旋平行的電子相對減少，所 以是低自旋配位化合物。例如Co3+其外層電子結(jié)構(gòu)為3d6，在絡(luò)離子(CoF6)3-中，形成電 價配鍵，電子排布為：O OOO此時，未配對電子數(shù)n=4, p m=4.9p B。Co以上面的結(jié)構(gòu)與6個F-以靜電力相吸引形成 電價絡(luò)合物。而在Co(CN)6 3-中則形成共價配鍵，其電子排布為

6、：0 O OCO3dM耳 口此時，n=0，p m=0。Co3+將6個電子集中在3個3d軌道上，6個CN-的孤對電子進(jìn)入 Co3+的六個空軌道，形成共價絡(luò)合物。2.4古埃法測定磁化率在精確的測量中，通常用莫爾氏鹽來標(biāo)定磁場強(qiáng)度，它的單位質(zhì)量磁化率與溫度的關(guān)系 為Xm=（9500/（T+1）*4*3.14*10-9三、實驗儀器和試劑1） 儀器磁天平一臺，樣品管一支，直尺一把，溫度計一支。2） 試劑 莫爾氏鹽（NH4）2SO4 FeSO4 6H2O（分析純）；硫酸亞鐵FeSO4-7H2O（分析純）；亞鐵氰化鉀 K4Fe（CN）6-3H2O （分析純）。四、實驗步驟標(biāo)定磁場強(qiáng)度方法如下。取一支清潔干燥

7、的樣品管懸掛在磁天平的掛鉤上，稱質(zhì)量得m空。調(diào)節(jié)磁天平電流開關(guān)，由小到大調(diào)節(jié)至指定位置1（0.0mT），測質(zhì)量得m空1。繼續(xù)調(diào)大電流，至位置2（150.0mT），測質(zhì)量得m空2。繼續(xù)升高電流至位置3（300.0mT），停頓一定時間，然后調(diào)小電流從位置3回到位置2,測質(zhì)量得m空2，。繼續(xù)調(diào)小電流回到位置1，測質(zhì)量得m空1。關(guān)閉電流測質(zhì)量得m空。裝入已經(jīng)研細(xì)的莫爾鹽，裝樣盡量填實，樣品要裝至距離管口約12cm處，用直尺測量裝樣高度，將樣品管放入磁天平，按照空管的測量方法測量樣品管的重量。倒出樣品管中的莫爾鹽，將樣品管洗凈吹干，裝入研細(xì)的硫酸亞鐵，裝樣高度和莫爾鹽盡量相同，用同樣的方法測量硫酸亞鐵的

8、數(shù)據(jù)。倒出樣品管中的硫酸亞鐵，將樣品管洗凈吹干，裝入研細(xì)的亞鐵氰化鉀，裝樣高度和莫爾鹽盡量相同，用同樣的方法測量亞鐵氰化鉀的數(shù)據(jù)。記錄數(shù)據(jù)五、天平稱量時，必須關(guān)上磁極架外面的玻璃門，以免空氣流動對稱量的影響。勵磁電流的變化應(yīng)平穩(wěn)、緩慢，調(diào)節(jié)電流時不宜用力過大。加上或去掉磁場時，勿改變永磁體在 磁極架上的高低位置及磁極間矩，使樣品管處于兩磁極的中心位置，磁場強(qiáng)度前后一致。裝在樣品管內(nèi)的樣品要均勻緊密、上下一致、端面平整、高度測量準(zhǔn)確。天平稱量時，必須關(guān)上磁極架外面的玻璃門，以免空氣流動對稱量的影響。六、數(shù)據(jù)記錄和處理七、思考題試比較用高斯計和莫爾氏鹽標(biāo)定的相應(yīng)勵磁電流下的磁場強(qiáng)度值，并分析兩者測定結(jié)果 差異的原因。答：高斯計測得的磁場強(qiáng)度比摩爾氏鹽標(biāo)定的磁場小，因為摩爾氏鹽測的是磁場中心的磁場強(qiáng)度， 高斯計測的是磁鐵中心下面的磁場。為什么實驗測得各樣品的pm值比理論計算值稍大些？答：理論上僅考慮順磁化率由電子自旋運動貢獻(xiàn)的，實際上軌道運