磁化率測定(自己寫的)

1、磁化率測定一、目的要求1、測定物質(zhì)的摩爾磁化率，推算分子磁矩，估計(jì)分子內(nèi)未成對(duì)電子數(shù)，判斷分子配鍵 的類型。2、掌握古埃(Gouy)磁天平測定磁化率的原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)原理磁化率物質(zhì)在外磁場中，會(huì)被磁化并感生一附加磁場，其磁場強(qiáng)度H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 TOC o 1-5 h z B = H + 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、鎳及其 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(duì)于非鐵磁性物質(zhì)，I與外磁場強(qiáng)

2、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/PX M = MK/p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-i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。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)，故無永久磁矩。但是內(nèi)部電子的軌道運(yùn)動(dòng)，在外磁場作用下產(chǎn)生的拉摩進(jìn)動(dòng)，

3、 會(huì)感生出一個(gè)與外磁場方向相反的誘導(dǎo)磁矩，所以表示出反磁性。其X M就等于反磁化率X 反，且X M0。順磁化率 與分子永久磁矩的關(guān)系服從居里定律式中，NA為Avogadro常數(shù);K為Boltzmann常數(shù)(1.38X10T6ergK-1);T為熱力學(xué)溫度;m 為分子永久磁矩(ergI)。由此可得由于X反不隨溫度變化(或變化極小)，所以只要測定不同溫度下的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量中可忽略X反作近似 處理人順磁性物質(zhì)的p 與未成對(duì)電子數(shù)n的關(guān)系為 原=日或S + 2)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。p

4、 B=9.273X 10-2iergG-i=9.273X 10-28jG-i=9.273X-24jT-i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(shí)驗(yàn)測定物質(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(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

5、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(CoF)3-中，形成電價(jià)配鍵，電子排布為：6GXDGXD O OOO您陽財(cái)叩此時(shí)，未配對(duì)電子數(shù)n=4,勾=4.%B。Co3+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：O OOO3eLIs的六個(gè)空軌道，形成共價(jià)絡(luò)合物。1.磁鐵;2.樣品管;3.電光天平(10)此時(shí)，n=0，p廣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+古埃法測定磁化率古埃磁天平如圖II

6、I-29-1所示。天平左臂懸掛一樣品管， 管底部處于磁場強(qiáng)度最大的區(qū)域(H)，管頂端則位于場強(qiáng)最弱 (甚至為零)的區(qū)域(H0)。整個(gè)樣品管處于不均勻磁場中。設(shè)圓 柱形樣品的截面積為A，沿樣品管長度方向上dz長度的體積 Adz在非均勻磁場中受到的作用力dF為dF = KAH dzdz式中，K為體積磁化率;H為磁場強(qiáng)度;dH/dz為場強(qiáng)梯度，積分上式得 號(hào)區(qū)何F國 (11)式中，K0為樣品周圍介質(zhì)的體積磁化率(通常是空氣，K0值很小)。如果K0可以忽略，且 Ho=0時(shí)，整個(gè)樣品受到的力為 MA(12)在非均勻磁場中，順磁性物質(zhì)受力向下所以增重;而反磁性物質(zhì)受力向上所以減重。測 定時(shí)在天平右臂加減砝

7、碼使之平衡。設(shè)W為施加磁場前后的稱量差，則F = KH2A = gW(13)由于-*商代入上式得(14)式中， W空管+樣品為樣品管加樣品后在施加磁場前后的稱量差(g);A W空管為空樣品管在施 加磁場前后的稱量差(g)；g為重力加速度(980cms-2)；h為樣品高度(cm)E為樣品的摩爾質(zhì) 量(gmol-i);W為樣品的質(zhì)量(g);H為磁極中心磁場強(qiáng)度(G)。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 為三、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑莫爾氏鹽(NH S0 FeS0 6H 04/2442亞鐵氰化鉀K4Fe(CN)6 - 3H20硫酸亞鐵FeS04 - 7H20古埃磁天平

8、(包括磁極、勵(lì)磁電 源、電子天平等)CT5型高斯計(jì)玻璃樣品管、裝樣品工具(包括研 缽、角匙、小漏斗等)四、實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)試儀器將特斯拉計(jì)的霍爾探頭放在兩磁極的中心架上，套上保護(hù)套，調(diào)節(jié)特斯拉計(jì)的數(shù)字顯 示為零。取下霍爾探頭上的保護(hù)套，把霍爾探頭平面垂直置于磁場兩極中心。打開電源，調(diào)節(jié) “調(diào)節(jié)旋鈕”，使電流平穩(wěn)、緩慢上升至特斯拉計(jì)上顯示“350” mT左右，記下此時(shí)的電流值I，以后每次測量都要控制在同一電流，使磁場強(qiáng)度相同。調(diào)節(jié)霍爾探頭上下、左右位置，是特斯拉計(jì)讀數(shù)在最大值，此即為霍爾探頭的最佳位 置。將有機(jī)玻璃螺絲擰緊。電子天平調(diào)至零點(diǎn)。2、用莫爾氏鹽標(biāo)定磁場強(qiáng)度將洗凈干燥的空樣品管套在與電子

9、天平中連接的橡皮塞上，通過調(diào)節(jié)連接線的長度調(diào) 節(jié)樣品管在磁極間的高度，使其底部與兩磁極的中心線(磁場強(qiáng)度最大的位置)平齊，樣品 管垂直，樣品管與兩磁極的距離盡量相等，不要與磁極相接觸，調(diào)節(jié)兩磁極間的距離約為 2cm。先在勵(lì)磁電流為0時(shí)準(zhǔn)確稱量空樣品管的質(zhì)量m空(H=0)重復(fù)三次，取其平均值。然 后增大勵(lì)磁電流，使特斯拉計(jì)讀數(shù)達(dá)到350mT。稱量此時(shí)空樣品管的質(zhì)量m空(H=Hi)，重復(fù)三次，取其平均值。取下樣品管，將處理好的莫爾氏鹽粉末小心裝入管中，邊裝邊將樣品管底部在橡皮墊上 碰擊，使試樣均勻填實(shí)，直至試樣的高度到樣品管的標(biāo)記處，用直尺測量并記錄試樣的高度 h，按稱量空樣品管的方法，稱量 m空

10、+樣（H=0）和m空+樣（H=Hi）。同樣重復(fù)三次，取其平均值。測量完畢，將莫爾氏鹽倒回原試劑瓶中。將樣品管里外用脫脂棉擦干凈，用于測量未知樣品。3、測定未知樣品其他樣品的測量操作步驟與莫爾氏鹽的測量操作步驟相同。五、數(shù)據(jù)記錄及處理實(shí)驗(yàn)條件：T=293K1、空管m空m空m019.17319.1716-0.001529.17309.1715-0.001539.17299.1716-0.0013平均9.17309.1716-0.00142、氯化鎳算出 Xm= 4.123*10”-6m空+樣m 空+ 樣mmhm-m0H/*10”5117.694517.90820.21378.52150.09920.

11、21529.434217.694717.90880.21418.52170.09950.21569.470317.694817.90870.21398.52180.09950.21529.462平均17.694717.90860.21398.52170.09940.21539.4553分析純m空+樣m空+樣mmhm-m0Xm/*10”-7116.038316.39660.35836.86530.09920.35971.505216.038216.39670.35856.86520.09950.35991.499316.038016.39630.35836.86500.09950.35971.433平均16.038216.39650.35836.86520.09940.35981.478計(jì)算得以m=4.50*10n=4.13相關(guān)文獻(xiàn):1、 古埃磁天平法研究磁流體的磁性及穩(wěn)定性 羅新、方裕勛（華 地學(xué)院應(yīng)化系）出自華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)19