磁化率测定(精)

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磁化率的测定(实验报告) zh

物理化学设计实验磁化率的测定

磁化率的测定

武汉大学化学与分子科学学院化学基地班专业

摘要：本实验对磁介质在磁场中的磁化现象进行了探讨，通过逐渐增加样品管内样品高度及改变励磁电流强度探究磁化率测定的最佳样品高度和最佳磁场强度。并通过对一些物质的磁化率的测定，求出未成对电子数并判断络合物中央离子的电子结构和成键类型。此外，加强了对古埃法测定磁化率原理和技术的理解及熟练了磁天平的使用。

关键词：磁化率古埃法未成对电子

前言：磁化率是各种物质都普遍具有的属性。考察组成物质的分子未成对电子的情况。如果分子中的电子都是成对电子，则这些电子对的轨道磁矩对外加磁场表现出“抗磁性”或“反磁性”，该物质的磁化率将是一个负值，其数量级约10-5~10-6emu。但是如果分子中还存在非成对电子，那么这些非成对电子产生的磁矩会转向外磁场方向，并且这种效应比产生“抗磁性”的楞次定律效应强很多，完全掩盖了成对电子的“抗磁性”而表现出“顺磁性”，其磁化率是正值，数量级约10-2~10-5emu。原子核的自旋磁矩也会产生顺磁效应，不过核顺磁磁化率只有约10-10emu，一般不予考虑。上述的顺磁性和抗磁性均为弱磁性，其相应的磁化率都远小于1；还有一种“铁磁性”，其磁化率远大于1——被称为强磁性。弱磁性和强磁性还有一个显著区别是：弱磁性物质的磁化率基本上不随磁场强度而变化，强磁性物质的磁化率却随磁场强度而剧烈变化。[1]可见，测量磁化率可以区分物质的磁性类型，还可以检测外界条件改变时磁性的转变；测定顺磁性物质的磁化率，有助于计算出每个分子中的非成对电子数，从而推测出该物质分子的配位场电子结构。

前面的实验中我们不经检验直接就使样品高度为7cm,励磁电流为3A，这次实验我们就要通过逐渐增加样品管内样品高度及改变电流强度探究磁化率测定的最佳样品高度和最佳磁场强度。

1.理论准备与实验操作

1.1仪器与试剂

实验十三配合物磁化率的测定.

实验十三配合物（络合物）磁化率的测定

13.1目的要求

1．掌握用Gouy法测定配合物磁化率的原理和方法

2．通过配合物磁化率的测定，计算其中心金属离子的未成对电子数，并判断配合物中配键

的键型

13.2实验原理

13.2.1 磁（介）质的摩尔磁化率χM

磁（介）质分为：铁磁质（Fe、Co、Ni及其化合物）和非铁磁质。

非铁磁质分为：反磁质（即反磁性物质）和顺磁质（即顺磁性物质），顺磁质中含有未成对电子。

在不均匀磁场中，反磁质受到的磁场作用力很小，该作用力由磁场强度大的地方指向磁场强度小的地方。所以，本实验中反磁质处于不均匀磁场中时的质量比无外磁场时的稍小一点；而顺磁质受到的磁场作用力较大，作用力由磁场强度小的地方指向磁场强度大的地方。即，本实验中顺磁质处于不均匀磁场中时的质量比无外磁场时的质量有明显增大。

化学上人们感兴趣的是非铁磁质。非铁磁质中的反磁质具有反磁化率，顺磁质同时具有顺磁化率和反磁化率，但其顺磁化率（正值）远大于其反磁化率（负值）。所以，对顺磁质而言，其摩尔磁化率：

χM = χμ（摩尔顺磁化率）+ χ0（摩尔逆磁化率）≈ χμ

而 )1(H2gMh02uWWH （在本实验中χμ的单位为：cm3·mol -1）

上式中，g为重力加速度（SI单位为：m·s -2）， H为磁场强度（单位为：Oe，读作“奥斯特”），在本实验的计算中其值也可消去，亦不必考虑其取值的大小及单位；M为样品的摩尔质量，在本实验的计算中其单位取g/mol；h为样品管中所装样品粉末的高度，在本实验的计算中其单位取cm；WH为有外加磁场时“样品+试管”的质量与“空试管”的质量之差，单位为g；WO为无外加磁场时“样品+试管”的质量与“空试管”的质量之差，单位为g。

13.2.2 磁场强度H的标定

若已知某样品的磁化率，则可通过实验利用下式求出对应的磁场强度。

)1(H2gMh02MWWH （cm3·mol -1）

实验十配合物磁化率的测定

1 实验目的

（1）掌握古埃(Gouy)法磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法。

（2）用古埃磁天平测定FeSO4·7H2O、K4Fe(CN)6·3H2O这两种配合物的磁化率，推算其不成对电子数，从而判断其分子的配键类型。

2 实验原理

（1）磁化率的定义

在外磁场的作用下，物质会被磁化产生附加磁感应强度，则物质内部的磁感应强度

B=B0+B’=μ0H+B’ (2-1)

式中：B0为外磁场的磁感应强度；B’为物质磁化产生的附加磁感应强度；H为外磁场强度；μ0=4π×10-7N·A-2为真空磁导率。

物质的磁化可用磁化强度M来描述，M也是一个矢量，它与磁场强度成正比

M=χh (2-2)

式中：χ称为物质的体积磁化率，是物质的一种宏观磁性质。B’与M的关系为

B’=μ0M=χμ0H (2-3)

将(2-3)代入(2-1)得

B=(1+χ) μ0H =μμ0H (2-4)

式中μ称为物质的相对磁导率。

化学上常用单位质量磁化率χm或摩尔磁化率χM来表示物质的磁性质，它们的定义为

(2-5)

(2-6)

（2）物质的原子、分子或离子在外磁场作用下的三种磁化现象

第一种情况是物质本身不呈现磁性，但由于其内部的电子轨道运动，在外磁场作用下会产生拉摩进动，感应出一个诱导磁矩来，表现为一个附加磁场，磁矩的方向与外磁场相反，其磁化强度与外磁场强度呈正比，并随着外磁场的消失而消失，这类物质称为逆磁性物质，其μ<1，χM<0. 第二种情况是物质的原子、分子或离子本身具有永久磁矩μm，由于热运动，永久磁矩指向各个方向的机会相同，所以该磁矩的统计值等于零。但在外磁场作用下，永久磁矩会顺着外磁场方向排列，其磁化方向与外磁场相同，其磁化强度与外磁场强度成正比，此物质内部的电子轨道运动也会产生拉摩进动，其磁化方向与外磁场相反。这类物质被称为顺磁性物质。显然，此类物质的摩尔磁化率是摩尔顺磁化率χμ和摩尔逆磁化率χ0 之和