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络合物磁化率的测定 院系：化学化工学院 专业：化学工程与工艺 学号： 姓名： 实验日期：2014-11-27 指导老师： 一、实验目的 1．掌握古埃法磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法； 2．通过对一些络合物的磁化率测定，推算其不成对电子数，判断这些分子的配键类型。 ? 二、实验原理 1．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等于 ??????? B= QUOTE +B′= QUOTE H+B′?????????? （Ⅱ—30—1） 式中 QUOTE 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； QUOTE 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。 ????????? M=χH???????? ??????（Ⅱ—30—2） 式中χ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′= QUOTE M=χ QUOTE H???????????? （Ⅱ—30—3） 将（Ⅱ—30—3）代入（Ⅱ—30—1）式得： ????????B=（1+χ） QUOTE H= QUOTE H （Ⅱ—30—4） 式中μ称为物质的（相对）磁化率。 化学上常用质量磁化率χm或摩尔磁化率χM来表示物质的磁性质。 ???????? χm=χ/ρ??????????? （Ⅱ—30—5） ?????????χM = Mχm=（Mχ）/ρ （Ⅱ—30—6） 式中ρ、M分别是物质的密度和摩尔质量。χm的单位是m3/kg，χM的单位是m3/mo。 ? 2．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。(其磁化方向与外磁场相同，磁化强度与外磁场强度成正比)，表观为顺磁性外，还由于它内部的电子轨道运动有感应的磁矩，其方向与外磁场相反，表观为逆磁性，此类物质的摩尔磁化率χM是摩尔顺磁化率χμ和摩尔逆磁化率χ0的和 ???????χM=χμ+χ0???????? ????（Ⅱ—30—7） 但由于χμ|χ0|，故顺磁性物质的μ1，χM0，可以近似地把χμ当作χM，即 ???? χM≈χμ?????????????（Ⅱ—30—8） 3．磁化率是物质的宏观性质，分子磁矩是物质的微观性质，用统计力学的方法可以得到摩尔顺磁化率χμ和分子永久磁矩μm间的关系 ??????χμ=（Lμm2μ0）/3kT=C/T??????（Ⅱ—30—9） 式中L为阿佛加德罗常数；k为波尔兹曼常数；T为绝对温度。物质的摩尔顺磁磁化率与热力学温度成反比这一关素，称为居里定律，是居里首先在实验中发现，C为居里常数。 分子的摩尔逆磁磁化率χ0是由诱导磁矩产生的，它与温度的依赖关系很小。因此具有永久磁矩的物质的摩尔磁化率χM与磁矩间的关系为： ???χM=χ0+（Lμm2μ0）/3kT≈（Lμm2μ0）/3kT （Ⅱ—30—10） 该式将物质的宏观物理性质（χM）和其微观性质（μm）联系起来了，因此只要实验测得χM，代入（Ⅱ—30—10）式就可算出永久磁矩μm。 物质的永久永久磁矩μm和它所包含的未成对电子书n的关系可用下式表示： ?????μm=[n（n+2）]1/2μB????????? （Ⅱ—30—11） 式中μB为玻尔磁子，其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩。 ???μB=eh/4πme=9.274078*10-24A·m2????（Ⅱ—30—12） 式中h为普朗克常数；me为电子质量。 H可由己知单位质量磁化率的莫尔氏盐来间接标定，χM与温度的关系为 χM=[1.1938/（T+1）]*10^-4 三、实验仪器及药品 古埃磁天平?，软质玻璃样品管 FeSO4·7H2O(分析纯) ，莫尔氏盐（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O(分析纯)，K4Fe(CN)6·3H2O(分析纯) 装样品工具（研钵、角匙、小漏斗、玻棒） ? 四、实验步骤 1．取一只清洁干燥的空样品管悬挂在天平的挂钩上，使样品管正好于磁极中心平齐，但样品管不可与磁极相接触，也不与探头接触。 2．测定“空管”的质量 （1）在电流为0时,准确称取空样品管质量； （2）调节电流旋钮，使电流为0.6mA时，记录称量结果； 注：这样调节电流由小到大，再由大到小的测定方法，是为了抵消实验时磁场剩磁现象的影响。 （7）计算两个0mA和