实验十 配合物磁化率的测定

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仪器与试剂古埃磁天平（包括磁场元件，电光天平，励磁电源等） 软质玻璃样品管1支装样品工具（研钵、角匙）一套 (NH 4)2SO 4·FeSO 4·6H 2O （分析纯） K 4Fe(CN)6·3H 2O （分析纯）1.2实验原理 [1] [2]物质的磁性可以用磁导率μ或者磁化率χ表示。

實驗十交流磁化率磁性物質在外加磁場H 下，其磁偶極M 方向，會傾向沿著外加磁場方向。

當外加磁場強度愈大峙，磁性物質所受到的磁化愈強，磁偶極強度愈大，最終會到達一個飽和值。

繼之若將磁場降低，對於軟磁性材料而言，磁偶極強度也會隨之減弱;當外加磁場降低到零時，軟磁性材料的磁偶極強度不會歸零，而是保有一個磁偶極強度M r，此現象稱之為殘磁。

而將外加磁場反方向增強時，該殘留的磁偶極強度會降低，直到反方向的外加磁場到達某一特定強度時，才會讓殘留的磁偶極強度消失，此時的外加磁場強度稱之為矯頑力H C。

當此反方向的外加磁場繼續加強時，磁性材料有會有非零的磁偶極強度。

如此的行為會隨著外加磁場強度與方向的改變，讓磁性材料的磁偶極有特定的變化行為，此行為稱之為磁滯曲線。

而當外加磁場是交流磁場且交流頻率不太高時(一般在微波頻率以下) ，磁偶極的方向可隨著此交流磁場，作週期性變化，此即交流磁化率的物理源由。

每一瞬間，磁性物質之磁偶極方向不一定與外加交流磁場同方向，因此磁性物質的交流磁化率，可用振幅及相位差來表示。

由交流磁化量測器Xacf-G搭配上函數產生器與示波器，可供作量測磁性物質在在不同頻率下的交流磁化率χac的振幅與相位差，並讓使用者了解相位差的具體觀念。

亦可透過換算，得到交流磁化率χac的實部與虛部。

建議之頻率調變範囡由200 Hz到20 kHz。

值得注意的是，本實驗儀器所形成的外加磁場振幅很小，因此所觀察到的交流磁化率是在磁滯曲線H~0處。

量測原理簡介本量利器中，藉由函數產生器所提供的交流電源，使量測器中的激發線圈產生交流磁場。

將待測樣品置於此線圈內，利用本量測器中的梯度式訊號擷取線圈，將此交流磁化率訊號轉換成交流電壓訊號，再經過量測器所附的放大線路，最後使用示波器來觀察交流磁化率的振幅及相位。

透過改變函數產生器的輸出頻率，可建立樣品交流磁化率χa c之振幅及相位差隨外加磁場頻率f之變化關條，或是交流磁化率χac之實部及虛部隨外加磁場頻率f之變化關係。

磁化率的测定实验报告记录(华南师范大学物化实验)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：磁化率的测定一、实验目的（1）掌握古埃磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。

（2）通过对一些配位化合物磁化率的测定，计算中心离子的不成对电子数，并判断d电子的排布情况和配位体场的强弱。

二、实验原理2.1物质的磁性物质在磁场中被磁化，在外磁场强度H的作用下，产生附加磁场。

该物质内部的磁感应强度B为：B=H+4πI=H+4πκH （1）式中，I称为体积磁化强度，物理意义是单位体积的磁矩。

式中κ=I/H称为物质的体积磁化率。

I和κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ，σ=I/ρ称为克磁化强度；χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。

χm=κM/ρ称为摩尔磁化率（M是物质的摩尔质量）。

这些数据都可以从实验测得，是宏观磁性质。

在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm，铁磁性研究中常用到I、σ。

不少文献中按宏观磁性质，把物质分成反磁性物质。

顺磁性物质和铁磁性物质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质积累。

其中，顺磁性物质χm>0而反磁性物质的χm<0。

2.1古埃法测定磁化率古埃法是一种简便的测量方法，主要用在顺磁测量。

简单的装置包括磁场和测力装置两部分。

调节电流大小，磁头间距离大小，可以控制磁场强度大小。

测力装置可以用分析天平。

为了测量不同温度的数据，要使用变温、恒温和测温装置。

样品放在一个长圆柱形玻璃管内，悬挂在磁场中，样品管下端在磁极中央处，另一端则在磁场强度为零处。

样品在磁场中受到一个作用力。

dF=κHAdH （2）式中，A表示圆柱玻璃管的截面积。

样品在空气中称量，必须考虑空气修正，即dF=（κ-κ0HAdH）（3）κ0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是积分问题：（4）因H0H，且忽略κ0，则（5）式中，F可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。

磁化率得测定1、实验目得１、１测定物质得摩尔磁化率,推算分子磁矩,估计分子内未成对电子数,判断分子配键得类型。

1、2掌握古埃（Ｇouy)磁天平测定磁化率得原理与方法。

2、实验原理2、1摩尔磁化率与分子磁矩物质在外磁场H0作用下，由于电子等带电体得运动，会被磁化而感应出一个附加磁场Ｈ'。

物质被磁化得程度用磁化率χ表示,它与附加磁场强度与外磁场强度得比值有关:χ为无因次量,称为物质得体积磁化率，简称磁化率,表示单位体积内磁场强度得变化,反映了物质被磁化得难易程度。

化学上常用摩尔磁化率χm表示磁化程度，它与χ得关系为式中M、ρ分别为物质得摩尔质量与密度。

χm得单位为ｍ3·mol -1。

物质在外磁场作用下得磁化现象有三种:第一种,物质得原子、离子或分子中没有自旋未成对得电子，即它得分子磁矩，µm＝0。

当它受到外磁场作用时,内部会产生感应得“分子电流”,相应产生一种与外磁场方向相反得感应磁矩。

如同线圈在磁场中产生感生电流,这一电流得附加磁场方向与外磁场相反。

这种物质称为反磁性物质，如Ｈｇ,Ｃu,Bi等。

它得χｍ称为反磁磁化率,用χ反表示,且χ反<0。

第二种，物质得原子、离子或分子中存在自旋未成对得电子,它得电子角动量总与不等于零,分子磁矩µm≠0。

这些杂乱取向得分子磁矩在受到外磁场作用时,其方向总就是趋向于与外磁场同方向,这种物质称为顺磁性物质,如Mn, Cr, Pt等,表现出得顺磁磁化率用χ顺表示。

但它在外磁场作用下也会产生反向得感应磁矩,因此它得χｍ就是顺磁磁化率χ顺。

与反磁磁化率χ反之与。

因|χ顺｜»|χ反｜,所以对于顺磁性物质，可以认为χｍ=χ顺,其值大于零,即χm>0。

第三种，物质被磁化得强度随着外磁场强度得增加而剧烈增强,而且在外磁场消失后其磁性并不消失。

这种物质称为铁磁性物质。

对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率与分子磁矩µm关系可由居里－郎之万公式表示:式中L为阿伏加德罗常数(6、022×102３mol-1),、ｋ为玻尔兹曼常数(1、380６×１0－23J·K-1）,µ0为真空磁导率(4π×１0－7N·A-2,T为热力学温度。

实验报告学生姓名学号专业年级、班级课程名称实验项目磁化率的测定实验类型验证设计综合实验时间年月日实验指导老师实验评分一、目的要求1．掌握Gouy磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。

2．通过对一些配合物磁化率的测定，计算中心离子的不成对电子数．并判断d 电子的排布情况和配位体场的强弱。

二、实验原理（1）物质的磁性物质在磁场中被磁化，在外磁场强度H(A·m-1)的作用下，产生附加磁场H'。

这时该物质内部的磁感应强度B为外磁场强度H与附加磁场强度H'之和：B＝H十4πI＝H十4πкH＝μH (1)式中I称为体积磁化强度，物理意义是单位体积的磁矩。

式中的к称为物质的体积磁化率、表示单位体积物质的磁化能力，是无量纲的物理量。

I 和к分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ，σ = I/ρ称为克磁化强度；χ = к/ρ称为克磁化率或比磁化率。

χm = кM/ρ称为摩尔磁化率（M是物质的摩尔质量）。

这些数据都可以从实验测得，是宏观磁性质。

在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm ，铁磁性研究中常用到I、σ。

不少文献中按宏观磁性质，把物质分为反磁性物质、顺磁性物质和铁磁性物质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质几类。

其中，顺磁性物质的χm >0，而反磁性物质的χm <0。

（2）古埃法测定磁化率古埃法是一种简便的测量方法，主要用在顺磁测量。

简单的装置包括磁场和测力装置两部分。

调节电流的大小，磁头间距离大小，可以控制磁场强度大小。

测力装置可以用分析天平。

为了测量不同温度的数据，要使用变温、恒温和测温装置。

样品要放在一个长圆柱形玻璃管内，悬挂在磁场中，样品管下端在磁极中央处，此处磁场强度最强；另一端则在磁场强度为零处，即处在磁场强度可忽赂不计的位置。

样品在磁场中受到一个作用力。

dF = κHAdH ①式中，A表示圆柱玻璃管的截面积。

样品在空气中称量，必须考虑空气修正，即dF =(κ-κ0)HAdH ②表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是个积分问题：F=∫(κ-κ0)HAdH = 1/2(κ-κ0)A(H2-H20) ③因H0＜＜H，且忽略κ0，则F = 1/2 κAH2④式中，F可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。

深圳大学实验报告课程名称: 物理化学实验实验项目名称：演示实验磁化率测定学院：化学与化工学院专业：指导教师：报告人：学号：班级：实验时间： 2012年06月05日实验报告提交时间： 2012年06月18日教务处制Ⅰ、实验目的1、测定物质的摩尔磁化率，推算分子磁矩，估计分子内未成对电子数，判断分子配键的类型。

2、掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。

Ⅱ、实验原理1、摩尔磁化率和分子磁矩物质在外磁场H0作用下，由于电子等带电体的运动，会被磁化而感应出一个附加磁场H'。

物质被磁化的程度用磁化率χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关：χ为无因次量，称为物质的体积磁化率，简称磁化率，表示单位体积内磁场强度的变化，反映了物质被磁化的难易程度。

化学上常用摩尔磁化率χm表示磁化程度，它与χ的关系为式中M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。

χm的单位为m3·mol －1。

物质在外磁场作用下的磁化现象有三种：第一种，物质的原子、离子或分子中没有自旋未成对的电子，即它的分子磁矩，µm=0。

当它受到外磁场作用时，内部会产生感应的“分子电流”，相应产生一种与外磁场方向相反的感应磁矩。

如同线圈在磁场中产生感生电流，这一电流的附加磁场方向与外磁场相反。

这种物质称为反磁性物质，如Hg，Cu，Bi等。

它的χm 称为反磁磁化率，用χ反表示，且χ反<0。

第二种，物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子，它的电子角动量总和不等于零，分子磁矩µm ≠0。

这些杂乱取向的分子磁矩在受到外磁场作用时，其方向总是趋向于与外磁场同方向，这种物质称为顺磁性物质，如Mn，Cr，Pt 等，表现出的顺磁磁化率用χ顺表示。

但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩，因此它的χm是顺磁磁化率χ顺。

与反磁磁化率χ反之和。

因|χ顺|»|χ反|，所以对于顺磁性物质，可以认为χm＝χ顺，其值大于零，即χm>0。

磁化率的测定磁化率的测定是研究物质磁性性质的一种常用方法。

磁化率是描述物质在外磁场作用下磁化程度的物理量，是磁场强度与物质磁化强度之间的比值。

测定磁化率可以帮助我们了解物质的磁性特征，对于研究磁性材料、电磁器件设计等具有重要意义。

磁化率的测定可以通过多种方法实现，下面将介绍几种常见的测定方法。

一、磁化曲线法磁化曲线法是一种基于磁化过程的测定方法。

它通过在外磁场中改变物质的磁化状态，测定物质的磁化强度，从而计算出磁化率。

常用的仪器是霍尔差分磁化仪。

通过在不同磁场强度下测量样品的磁化强度，得到磁化曲线，通过对磁化曲线的分析，可以得到物质的磁化率。

二、振荡磁滞回线法振荡磁滞回线法是一种利用物质在交变磁场中的磁滞特性来测定磁化率的方法。

该方法通过在交变磁场中测量物质的磁化强度和磁场强度的关系，得到磁滞回线，进而计算出磁化率。

常用的仪器是交流磁滞仪。

该方法适用于测量低频范围内的磁化率。

三、饱和磁化法饱和磁化法是一种通过测量物质在饱和磁场下的磁化强度来计算磁化率的方法。

该方法利用了物质在饱和磁场下，磁化强度与磁场强度成线性关系的特点。

通过在饱和磁场下测量磁化强度，可以准确计算出磁化率。

常用的仪器是饱和磁化强度计。

四、库仑法库仑法是一种通过物质在恒定磁场中的磁导率来计算磁化率的方法。

该方法利用了物质在恒定磁场中，磁感应强度与磁场强度成线性关系的特点。

通过测量磁感应强度和磁场强度的比值，可以计算出磁化率。

常用的仪器是库仑磁感应强度计。

以上介绍了几种常见的磁化率测定方法，每种方法都有其适用范围和优缺点。

在实际应用中，选择合适的测定方法需要考虑样品特性、测量精度、实验条件等因素。

磁化率的测定在研究物质磁性性质、材料科学、电磁器件设计等领域具有重要应用价值。

磁化率的测定可以帮助我们了解物质的磁性特征，指导材料的选择和设计，推动科学研究的进展。

通过不断改进测定方法和提高测量精度，我们能够更好地理解和应用磁性材料，为科学技术的发展做出更大的贡献。

第 1 页 共 7 页物质磁化率测定一、实验目的：1、通过测定一些络和物的磁化率，求算未成对电子数和判断这些分子的配键类型。

2、掌握Gouy 法测定磁化率的原理和实验方法。

3、学会用霍尔法测定磁场强度。

二、实验原理：1、 磁化率物质在外磁场作用下，物质将会被磁化，产生一附加磁场。

此时物质内部的磁感应强度等于'0'0B H B B B +=+=μ （1）式中，B 0为外磁场的磁感应强度,由于在空气介质中，所以B 0＝μ0H ， H 为外磁场强度；μ0为真空磁导率，其值等于4π×10－7N/A 2。

B`为附加磁感应强度，对于顺磁性物质：`B 与`0B 方向一致，对于逆磁性物质：`B 与`0B 方向相反。

另外，对于顺磁性和逆磁性物质来说，其磁化的程度可用磁化强度矢量来描述，其与外磁场强度成正比M ＝χH （2） 式中， 为磁化强度，物理意义：单位体积的磁矩；χ为物质的体积磁化率，是物质的一种宏观磁性质，无量纲，表示单位磁场强度下单位体积的磁矩。

对于顺磁性物质：χ＞0；对于逆磁性物质：χ＜0。

在化学上常用的是质量磁化率χg 或摩尔磁化率χm 来表示物质的磁性质，其定义分别为：χg ＝χ/ρ （3） χM ＝Mr ·χg ＝χMr/ρ （4） 式中：ρ和Mr 分别为物质的密度和摩尔质量。

由于χ是无量纲的量，故质量磁化率χg 和摩尔磁化率χM 的单位分别是m 3/kg 和m 3/moL 。

2、 分子磁矩和磁化率 物质的磁性与组成物质的原子、离子或分子的微观结构有关，当原子、离子或分子的两个自旋状态电子数不相等，即有未成对电子时，物质就具有永久磁矩。

由于热运动，永久磁矩的指向在各个方向的机会相同，所以该磁矩的统计值等于零。

在外磁场作用下，具有永久磁矩的原子、离子或分子除了其永久磁矩会顺着外磁场的方向排列，表现为顺磁性外，还由于它内部的电子轨道运动有感应的磁矩，其方向与外磁场方向相反，表现为反磁性，此类物质的摩尔磁化率χM 是其摩尔顺磁磁化率χ顺和摩尔逆磁磁化率χ逆之和。

磁化率的测定一．实验目的：用古埃磁天平测定硫酸亚铁、亚铁氰化钾和铁氰化钾的磁化率，并计算其不成对电子数。

二．实验原理：古埃(Gouy)磁天平的特点是结构简单，灵敏度高。

用古埃磁天平法测量物质的磁化率，从而可求得永久磁矩和未成对电子数，这对研究物质结构具有重要意义。

用古埃磁天平测定物质的磁化率时，将装有样品的圆柱形玻璃管悬挂在分析天平的一个臂上，使样品底部处于电磁铁两极的中心，即处于磁场强度最大的区域，样品的顶端离磁场中心较远，磁场强度很弱，整个样品处于一个非均匀的磁场中。

由于沿样品轴心方向z 存在一磁场梯度z H ∂∂，故样品沿z 方向受到磁力dF 的作用 dz zH AH dF ∂∂=κ 式中：κ——体积磁化率A ——柱形样品的截面积对顺磁性物质，作用力指向场强最大的方向，反磁性物质则指向场强最弱的方向中。

若不考虑样品管周围介质和的影响，积分得到作用在整个样品管上的力为：A H F 221κ= 当样品受到磁场的作用力时，天平的另一臂上加减砝码使之平衡，设ΔW 为施加磁场前后的质量差，则W g A H F ∆==221κ 式中：g 为重力加速度。

又样品质量hA m ρ=， ρ、h 为柱形样品管的密度和高度。

由于质量磁化率g x 和摩尔磁化率M x 的定义，ρκ=g x ρκM x M ⋅= 因此可得： 22mH Whg x g ∆=22mHWhgM x M ∆= 一般用已知磁化率的物质校正磁天平。

当待测样品和校正用样品在同一样品管中的填装高度相同并且在同一场强下进行测量，由可得待测样品的摩尔磁化率为：22101021,2,M m m W W W W x x g M ⋅⋅∆-∆∆-∆⋅= 0W ∆、2W ∆、1W ∆——分别为空样品管、待测样品、校正样品施加磁场前后的质量变化；2m 、1m ——待测样品和校正样品的质量；2M ——待测样品的摩尔质量。

三．仪器与试剂：古埃磁天平一套（由自动加码分析天平和磁场强度大于3000G 的永久磁铁组成）也可采用电磁铁；样品管（内径约6mm 的玻璃管）3支。

一、实验目的1. 理解并掌握古埃磁天平测定物质磁化率的实验原理。

2. 学会使用古埃磁天平进行实验操作，提高实验技能。

3. 通过测定不同物质的磁化率，了解其磁性质，为后续研究提供数据支持。

二、实验原理磁化率是指物质在外加磁场作用下，其磁化程度的大小。

磁化率分为顺磁化率和抗磁化率。

顺磁化率表示物质在外加磁场作用下，磁矩增强的程度；抗磁化率表示物质在外加磁场作用下，磁矩减弱的程度。

本实验采用古埃磁天平测定物质的磁化率。

古埃磁天平是一种利用磁力平衡原理的精密仪器，通过比较待测物质和已知磁化率物质的磁力，计算出待测物质的磁化率。

三、实验仪器与试剂1. 实验仪器：古埃磁天平、电子天平、磁铁、砝码、样品管、样品（如FeSO4·7H2O、CoCl2·6H2O等）。

2. 实验试剂：蒸馏水。

四、实验步骤1. 将样品管洗净、烘干，并用电子天平称量其质量，记录为m1。

2. 将样品管放入古埃磁天平的样品盘，调整天平平衡。

3. 将磁铁放在样品管上方，调整磁铁位置，使天平失去平衡。

4. 读取天平指针的读数，记录为m2。

5. 将样品管放入样品盘中，调整磁铁位置，使天平恢复平衡。

6. 读取天平指针的读数，记录为m3。

7. 重复步骤4-6，共进行3次实验，取平均值。

8. 计算样品的磁化率。

五、实验数据与结果1. 样品管质量：m1 = 5.0000 g2. 空管电流：I0 = 0.0150 A3. 装入样品后的电流：I1 = 0.0290 A4. 重复实验的电流值：I2 = 0.0290 A，I3 = 0.0290 A5. 样品磁化率：χ = (I1 - I0) / (m1 10^-3) = 0.0140六、实验结果分析根据实验结果，样品的磁化率为0.0140，说明该样品具有顺磁性。

结合样品的化学性质，可以推断其可能含有未成对电子。

七、实验总结通过本次实验，我们掌握了古埃磁天平测定物质磁化率的原理和操作方法，提高了实验技能。

磁化率的测定1.实验目的1.1测定物质的摩尔磁化率，推算分子磁矩，估计分子内未成对电子数，判断分子配键的类型。

1.2掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。

2.实验原理2.1摩尔磁化率和分子磁矩物质在外磁场H0作用下，由于电子等带电体的运动，会被磁化而感应出一个附加磁场H'。

物质被磁化的程度用磁化率χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关：χ为无因次量，称为物质的体积磁化率，简称磁化率，表示单位体积内磁场强度的变化，反映了物质被磁化的难易程度。

化学上常用摩尔磁化率χm表示磁化程度，它与χ的关系为式中M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。

χm的单位为m3·mol －1。

物质在外磁场作用下的磁化现象有三种：第一种，物质的原子、离子或分子中没有自旋未成对的电子，即它的分子磁矩，µm=0。

当它受到外磁场作用时，内部会产生感应的“分子电流”，相应产生一种与外磁场方向相反的感应磁矩。

如同线圈在磁场中产生感生电流，这一电流的附加磁场方向与外磁场相反。

这种物质称为反磁性物质，如Hg， Cu， Bi等。

它的χm称为反磁磁化率，用χ反表示，且χ反<0。

第二种，物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子，它的电子角动量总和不等于零，分子磁矩µm≠0。

这些杂乱取向的分子磁矩在受到外磁场作用时，其方向总是趋向于与外磁场同方向，这种物质称为顺磁性物质，如Mn， Cr，Pt等，表现出的顺磁磁化率用χ顺表示。

但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩，因此它的χm是顺磁磁化率χ顺。

与反磁磁化率χ反之和。

因|χ顺|»|χ反|，所以对于顺磁性物质，可以认为χm＝χ顺，其值大于零，即χm>0。

第三种，物质被磁化的强度随着外磁场强度的增加而剧烈增强，而且在外磁场消失后其磁性并不消失。

这种物质称为铁磁性物质。

对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率与分子磁矩µm关系可由居里－郎之万公式表示：式中L为阿伏加德罗常数(6.022 ×1023mol－1)，、k为玻尔兹曼常数(1.3806×10-23J·K－1)，µ0为真空磁导率（4π×10－7N·A－2，T为热力学温度。

磁化率的测定1.实验目的1.1测定物质的摩尔磁化率，推算分子磁矩，估计分子内未成对电子数，判断分子配键的类型。

1.2掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。

2.实验原理2.1摩尔磁化率和分子磁矩物质在外磁场H0作用下，由于电子等带电体的运动，会被磁化而感应出一个附加磁场H'。

物质被磁化的程度用磁化率χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关：χ为无因次量，称为物质的体积磁化率，简称磁化率，表示单位体积内磁场强度的变化，反映了物质被磁化的难易程度。

化学上常用摩尔磁化率χm表示磁化程度，它与χ的关系为式中M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。

χm的单位为m3·mol －1。

物质在外磁场作用下的磁化现象有三种：第一种，物质的原子、离子或分子中没有自旋未成对的电子，即它的分子磁矩，µm=0。

当它受到外磁场作用时，内部会产生感应的“分子电流”，相应产生一种与外磁场方向相反的感应磁矩。

如同线圈在磁场中产生感生电流，这一电流的附加磁场方向与外磁场相反。

这种物质称为反磁性物质，如Hg，Cu，Bi等。

它的χm称为反磁磁化率，用χ反表示，且χ反<0。

第二种，物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子，它的电子角动量总和不等于零，分子磁矩µm≠0。

这些杂乱取向的分子磁矩在受到外磁场作用时，其方向总是趋向于与外磁场同方向，这种物质称为顺磁性物质，如Mn，Cr，Pt等，表现出的顺磁磁化率用χ顺表示。

但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩，因此它的χm是顺磁磁化率χ顺。

与反磁磁化率χ＝χ顺，其值大于零，即χm>0。

反之和。

因|χ顺|»|χ反|，所以对于顺磁性物质，可以认为χm第三种，物质被磁化的强度随着外磁场强度的增加而剧烈增强，而且在外磁场消失后其磁性并不消失。

这种物质称为铁磁性物质。

对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率与分子磁矩µm关系可由居里－郎之万公式表示：式中L为阿伏加德罗常数(6.022 ×1023mol－1)，、k为玻尔兹曼常数(1.3806×10-23J·K－1)，µ0为真空磁导率（4π×10－7N·A－2，T为热力学温度。

磁化率-络合物的测定本实验对磁介质在磁场中的磁化现象进行了探讨，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学习使用了磁天平。

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：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。

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。

仪器与试剂古埃磁天平（包括磁场，电光天平，励磁电源等）；CT5型高斯计一台；软质玻璃样品管4支；装样品工具（研钵、角匙、小漏斗、玻璃棒）一套。

(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O （分析纯）FeSO4·7H2O （分析纯）K4Fe(CN)6·3H2O （分析纯）1.2实验步骤1）研细粉末样品2）测定(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O的相关数据：取一只空样品管，使励磁电流从小到大再从大到小，依次测量其在I=0、3A、4A、4A、3A、0时的视重质量，并重复一次。

设计实验：磁化率测定武汉大学 化学与分子科学学院一、实验目的1. 掌握古埃 (Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。

2. 探究样品高度、磁场强度对磁化率的测定造成的影响。

二、实验原理1. 摩尔磁化率和分子磁矩物质在外磁场作用下，由于电子等带电体的运动，会被磁化而感应出一个附加磁场物质被磁化的程度用磁化率χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关：H'=4πxH (1)H'为附加磁场强度，H 外磁场强度，x 为无因次量，称为物质的体积磁化率，简称磁化率，表示单位体积内磁场强度的变化，反映了物质被磁化的难易程度.化学上常用摩尔磁化率 χm 表示磁化程度，它与χ的关系为X m = xM/ρ (2)式中M 、ρ 分别为物质的摩尔质量与密度.X m 的单位为m 3mol -1 . 物质在外磁场作用下的磁化现象有三种：第一种，物质的原子、离子或分子中没有自旋未成对的电子，即它的分子磁矩μm = 0.当它受到外磁场作用时，内部会产生感应的“分子电流”，相应产生一种与外磁场方向相反的感应磁矩.如同线圈在磁场中产生感生电流，这一电流的附加磁场方向与外磁场相反.这种物质称为反磁性物质，如Hg 、Cu 、Bi 等.称为反磁磁化率，用X 反表示，且X<0.第二种，物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子，它的电子角动量总和不等于零，分子磁矩μm ≠ 0.这些杂乱取向的分子磁矩在受到外磁场作用时，其方向总是趋向于与外磁场同方向，这种物质称为顺磁性物质，如Mn 、Cr 、Pt 等，表现出的顺磁磁化率用 X 顺表示.第三种，物质被磁化的强度随着外磁场强度的增加而剧烈增强，而且在外磁场消失后其磁性并不消失.这种物质称为铁磁性物质.对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率与分子磁矩μ m 关系可由居里－郎之万公式表示：X 顺=Lμ0μm 2 /(3kT) (3)式中L 为阿伏加德罗常数（6.022×1023mol -1）k 为玻尔兹曼常数(1.380 6×10−23J •K −1)μ0为真空磁导率（4 π×107N •A 2），T 为热力学温度.式(3)可作为由实验测定磁化率来研究物质内部结构的依据.分子磁矩μm 由分子内未配对电子数n 决定，其关系如下：μm =μB [ n (n+2)]1/2 (4)式中μB 为玻尔磁子，是磁矩的自然单位.μB = 9.274 ×1024 J •T -1（T 为磁感应强度的单位，即特斯拉）.求得n 值后可以进一步判断有关络合物分子的配键类型.例如，Fe2+离子在自由离子状态下的外层电子结构为3d 64s 04p 0.如以它作为中心离子与6个H 2O 配位体形成[Fe (H 2O)6] 2+络离子，是电价络合物.其中Fe 2+离子仍然保持原自由离子状态下的电子层结构，此时n = 4.见图所示：Fe 2+在自由离子状态下的外层电子结构如果Fe 2+离子与6个CN − 离子配位体形成[Fe (CN)6]4−络离子，则是共价络合物.这时其中Fe2+离子的外电子层结构发生变化，n = 0.见图所示：Fe2+外层电子结构的重排显然，其中6个空轨道形成d 2sp 3的6个杂化轨道，它们能接受6个CN −-1离子中的6对孤对电子，形成共价配键. 2. 摩尔磁化率的测定本实验用古埃磁天平测定物质的摩尔磁化率 χm ，测定原理如图所示.一个截面积为A 的样品管，装入高度为h 、质量为m 的样品后，放入非均匀磁场中.样品管底部位于磁场强度最大之处，即磁极中心线上，此处磁场强度为 H .样品最高处磁场强度为零.前已述及，对于顺磁性物质，此时产生的附加磁场与原磁场同向，即物质内磁场强度增大，在磁场中受到吸引力.设 χ0为空气的体积磁化率，可以证明，样品管内样品受到的力为：F=0.5*mX m H 2μ0/M*h (5)在磁天平法中利用精度为0.1 mg 的电子天平间接测量F 值.设Δm 0为空样品管在有磁场和无磁场时的称量值的变化，Δm 为装样品后在有磁场和无磁场时的称量值的变化，则()B 2m 0ghM m 0m 2X m ÷÷∆-∆⨯=μ (6)磁场强度H 可由特斯拉计或CT5高斯计测量.应该注意，特斯拉计测量的实际上是磁感应强度B ，单位为T （特斯拉），1T=104高斯.磁场强度H 可由关系式计算得到.三、仪器与试剂古埃磁天平一台（磁天平，电子天平，励磁电源）； 平底软质玻璃样品管一支；装样品工具一套（包括研钵、牛角匙、小漏斗、竹针、棉签、玻璃棒等）； 刻度尺一支；摩尔氏盐(NH 4)2SO 4·FeSO 4·6H 2O(分析纯)； 铁氰化钾K 3Fe(CN)6(分析纯)。

络合物的磁化率测定1.实验目的及要求1）掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的原理和方法。

2）通过测定一些络合物的磁化率，求算未成对电子数和判断这些分子的配键类型。

2.实验原理2.1 物质的磁性根据物质在磁场下的作用情况，即物质对磁场的影响（磁性），可将物质分为抗磁性（逆磁性）和顺磁性（以及铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性、超顺磁性和其它类型）等。

简单说，抗磁性就是指物质在磁场作用下会产生对磁场的一定的微弱作用力，而顺磁性是指物质在磁场作用下会产生一个与磁场方向相同的作用力。

关于顺磁性的一种解释是顺磁性物质可以被看作是由许多微小的磁棒组成的，这些磁棒可以旋转，但是无法移动。

这样的物质受到外部磁场的影响后其磁棒主要顺磁力线方向排列，但是这些磁棒互相之间不影响。

热振动不断地使得磁棒的方向重新排列，因此磁棒指向不排列比排列的可能性高。

因此磁力线的强度越强顺磁性物质内磁棒的排列性就越强。

抗磁性的成因，是当物质处在外加磁场中，外加磁场使得物质电子轨道运动产生改变的连带效应。

当施加一外源磁场B 时，会对运动中的电子（电荷q）产生了磁力F：F = q v ×B。

此力改变了电子所受的向心力，使得电子轨道运动或是加速，或是减慢。

电子速度因此受到改变，而连带改变了其与外加磁场相反方向上的轨道磁矩。

所有物质都会对外加磁场作出不同程度的抗磁性反应；但是对于同时拥有其他磁性性质的材料来说（如铁磁性和顺磁性），抗磁性可以完全忽略不计。

在无外加磁场时，分子内的各种微磁矩随机排列，故不显示磁性。

2.2 磁化率物质在外磁场作用下，物质会被磁化产生一附加磁场。

物质的磁感应强度等于：''00B B B H Bμ=+=+（1）式中B0为外磁场的磁感应强度；B′为附加磁感应强度；H为外磁场强度；μ0为真空磁导率，其数值等于4π×10-7N／A2。

物质的磁化可用磁化强度M来描述，M也是矢量，它与磁场强度成正比。

H M χ= （2）式中X 为物质的体积磁化率。