磁化率的測(cè)定報(bào)告

1、廣州大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告化率與分子永久磁矩的關(guān)系服從居里定律開(kāi)課學(xué)院及實(shí)驗(yàn)室:學(xué)院 化學(xué)化工學(xué) 年級(jí)、專 學(xué)院 院 業(yè)、班11應(yīng)化班姓名俞劍蘭學(xué)號(hào)1105100032實(shí)驗(yàn)課程名稱物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱配合物磁化率的測(cè)定指導(dǎo)老師張建華一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、.掌握古埃(Gouy)磁天平測(cè)定物質(zhì)磁化率的實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)2、通過(guò)對(duì)一些配位化合物磁化率的測(cè)定，計(jì)算中心離子的不成對(duì)電子數(shù).并判斷d 電子的排布情況和配位體場(chǎng)的強(qiáng)弱。3、通過(guò)試壓泵鞏固物質(zhì)磁性，特別是分子磁性的知識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理2.1磁化率物質(zhì)在外磁場(chǎng)中，會(huì)被磁化并感生一附加磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度日與外磁場(chǎng)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(chǎng)在外磁場(chǎng)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(lái)描述，H =4n I。對(duì)于 非鐵磁性物質(zhì)，I與外磁場(chǎng)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(jiǎn)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(wú)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(guò)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(duì)，故無(wú)永久磁矩。但是內(nèi)部電子的軌道運(yùn)動(dòng)，在外磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的拉 摩進(jìn)動(dòng)，會(huì)感生出一個(gè)與外磁場(chǎng)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(jiàn)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(cè)定不同溫度下的X M對(duì)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(cè)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(duì)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(gè)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(lái)。由實(shí)驗(yàn)測(cè)定物質(zhì)的X M，根 據(jù)(8)式可求得p m，進(jìn)而計(jì)算未配對(duì)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(jià)絡(luò)合物和共價(jià)絡(luò)合物。電價(jià)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(kù)侖 力與配位體結(jié)合，形成電價(jià)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(jià)絡(luò)合物則以中心離子空的價(jià)電子軌道接受配位體的孤對(duì)電子， 形成共價(jià)配鍵，這類絡(luò)合物形成時(shí)，往往發(fā)生電子重排，自旋平行的電子相對(duì)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(jià)配鍵，電子排布為：O OOO此時(shí)，未配對(duì)電子數(shù)n=4, p m=4.9p B。Co以上面的結(jié)構(gòu)與6個(gè)F-以靜電力相吸引形成 電價(jià)絡(luò)合物。而在Co(CN)6 3-中則形成共價(jià)配鍵，其電子排布為

6、：0 O OCO3dM耳 口此時(shí)，n=0，p m=0。Co3+將6個(gè)電子集中在3個(gè)3d軌道上，6個(gè)CN-的孤對(duì)電子進(jìn)入 Co3+的六個(gè)空軌道，形成共價(jià)絡(luò)合物。2.4古埃法測(cè)定磁化率在精確的測(cè)量中，通常用莫爾氏鹽來(lái)標(biāo)定磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)儀器和試劑1） 儀器磁天平一臺(tái)，樣品管一支，直尺一把，溫度計(jì)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(shí)驗(yàn)步驟標(biāo)定磁場(chǎng)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(kāi)關(guān)，由小到大調(diào)節(jié)至指定位置1（0.0mT），測(cè)質(zhì)量得m空1。繼續(xù)調(diào)大電流，至位置2（150.0mT），測(cè)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(shí)間，然后調(diào)小電流從位置3回到位置2,測(cè)質(zhì)量得m空2，。繼續(xù)調(diào)小電流回到位置1，測(cè)質(zhì)量得m空1。關(guān)閉電流測(cè)質(zhì)量得m空。裝入已經(jīng)研細(xì)的莫爾鹽，裝樣盡量填實(shí)，樣品要裝至距離管口約12cm處，用直尺測(cè)量裝樣高度，將樣品管放入磁天平，按照空管的測(cè)量方法測(cè)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(cè)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(cè)量亞鐵氰化鉀的數(shù)據(jù)。記錄數(shù)據(jù)五、天平稱量時(shí)，必須關(guān)上磁極架外面的玻璃門(mén)，以免空氣流動(dòng)對(duì)稱量的影響。勵(lì)磁電流的變化應(yīng)平穩(wěn)、緩慢，調(diào)節(jié)電流時(shí)不宜用力過(guò)大。加上或去掉磁場(chǎng)時(shí)，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(chǎng)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(cè)量準(zhǔn)確。天平稱量時(shí)，必須關(guān)上磁極架外面的玻璃門(mén)，以免空氣流動(dòng)對(duì)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(jì)和莫爾氏鹽標(biāo)定的相應(yīng)勵(lì)磁電流下的磁場(chǎng)強(qiáng)度值，并分析兩者測(cè)定結(jié)果 差異的原因。答：高斯計(jì)測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度比摩爾氏鹽標(biāo)定的磁場(chǎng)小，因?yàn)槟柺消}測(cè)的是磁場(chǎng)中心的磁場(chǎng)強(qiáng)度， 高斯計(jì)測(cè)的是磁鐵中心下面的磁場(chǎng)。為什么實(shí)驗(yàn)測(cè)得各樣品的pm值比理論計(jì)算值稍大些？答：理論上僅考慮順磁化率由電子自旋運(yùn)動(dòng)貢獻(xiàn)的，實(shí)際上軌道運(yùn)