磁化率測(cè)定(自己寫的)

1、磁化率測(cè)定一、目的要求1、測(cè)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(cè)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(chǎng)中，會(huì)被磁化并感生一附加磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度H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 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(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)

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(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/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(wú)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(guò)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(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)，

3、 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(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(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

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(yáng)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(cè)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(chǎng)強(qiáng)度最大的區(qū)域(H)，管頂端則位于場(chǎng)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(chǎng)中。設(shè)圓 柱形樣品的截面積為A，沿樣品管長(zhǎng)度方向上dz長(zhǎng)度的體積 Adz在非均勻磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度;dH/dz為場(chǎng)強(qiáng)梯度，積分上式得 號(hào)區(qū)何F國(guó) (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(chǎng)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(cè) 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(chǎng)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(chǎng)前后的稱量差(g);A W空管為空樣品管在施 加磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度(G)。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(chǎng)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(cè)量都要控制在同一電流，使磁場(chǎng)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(chǎng)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(guò)調(diào)節(jié)連接線的長(zhǎng)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(chǎng)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(cè)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(cè)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(cè)量未知樣品。3、測(cè)定未知樣品其他樣品的測(cè)量操作步驟與莫爾氏鹽的測(cè)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