结构化学实验磁化率的测定规范.doc

华南师范大学实验报告 学生姓名 学 号 专 业 化学（师范） 年级、班级 课程名称 结构化学实验 实验项目 磁化率的测定 实验类型 1验证2 设计1 综合 实验时间 2013 年 10 月 29 日 实验指导老师 实验评分 1. 实验目的 （1）掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的实验原理和方法； （2）测定三种络合物的磁化率，求算未成对电子数，判断其配键类型。 2．实验原理 2.1 磁化率 物质在外磁场中，会被磁化并感生一附加磁场，其磁场强度H′与外磁场强度H之和称为该物质的磁感应强度B，即 B = H + H′ (1) H′与H方向相同的叫顺磁性物质，相反的叫反磁性物质。还有一类物质如铁、钴、镍及其合金，H′比H大得多（H′/H）高达104，而且附加磁场在外磁场消失 物质的磁化可用磁化强度I来描述，H′=4πI。对于非铁磁性物质，I与外磁强度H成正比 I = KH　 (2) 式中，K为物质的单位体积磁化率(简称磁化率)，是物质的一种宏观磁性质。在或摩尔磁化率表示物质的磁性质，它的定义是 χm = K/ρ (3) χM = MK/ρ　 (4) 式中，和分别是物质的密度和摩尔质量。由于K是无量纲的量，所以和的单位分别是cm3·g-1和cm3·mol。 SI单位是特［斯拉］(T)，而过去习惯使用的单位是高斯(G)，1T=104G 2.2 分子磁矩与磁化率 物质的磁性与组成它的原子、离子或分子的微观结构有关，在反磁性物质中，由于电子自旋已配对，故无永久磁矩。但是内部电子的轨道运动，在外磁场作用下产生的拉摩进动，会产生一个与外磁场方向相反的诱导磁矩，所以表示出反磁性。其A就等于反磁化率B，且C。在顺磁性物质中，存在自旋未配对电子，所以具有永久磁矩。在外磁场中，永久磁矩顺着外磁场方向排列，产生顺磁性。顺磁性物质的摩尔磁化率A是摩尔顺磁化率与摩尔反磁化率之和，即 = + (5) 通常比大约1-3个数量级，所以这类物质总是表现出顺磁性，其 0。顺磁化率与分子永久磁矩的关系服从居里定律 (6) 式中，NA为Avogadro常数，K为Boltzmann常数（1.38×10-16erg·K-1）；T 为热力学温度；为分子永久磁矩(erg·G-1)。由此可得 （7） 由于不随温度变化（或变化极小），所以只要测定不同温度下的对1/T作，由斜率可求小得多，所以在不很精确的测量中可忽略作近似处理 （8） 顺磁性物质的与未成对电子数n的关系为： （9） 式中，是波尔磁子，其物理意义是：单个自由电子自旋产生的磁矩。 2.3 磁化率与分子结构 （6）式将物质的宏观性质与微观性质联系起来。由实验测定物质的，根据（8）式可求得，进而计算未配对电子数n。这些结果可用于研究原子或离子的电子结构，判断络合物分子的配键类型。 络合物分为电价络合物和共价络合物。电价络合物中心离子的电子结构不受配位体的影响，基本上保持自由离子的电子结构，靠静电库仑力与配位体结合，形成电价配键。在这类络合物中，含有较多的自旋平行电子，所以是高自旋配位化合物。共价络合物则以中心离子空的价电子轨道接受配位体的孤对电子，形成共价配键，这类络合物形成时，往往发生电子重排，自旋平行的电子相对减少，所以是低自旋配位化合物。例如Co3+其外层电子结构为3d6，在络离子(CoF6)3-中，形成电价配键，电子排布为： 此时，未配位电子数n=4， =4.9。Co3+以上面的结构与6个F以静电力相吸引形成电价络合物。而在［Co(CN)6］3-中则形成共价配键，其电子排布为： 此时，n=0， =0。Co3+将6个电子集中在3个3d轨道上，6个CN-的孤对电子进入Co3+的6个空轨道，形成共价络合物。 图1 古埃磁天平示意图 1.磁铁;2.样品管;3.电光天平。 古埃法天平如图所示。天平左臂悬挂一样品管，管底部处于磁场强度最大的区域（H），管顶端则位于场强最弱（甚至为零）的区域（H0）。整个样品管处于不均匀磁场中。设圆柱形样品的截面积为A，沿样品管长度方向上dz长度的体积Adz在非均匀磁场中受到的作用力dF为： （10） 式中，K为体积磁化率；H为磁场强度；dH/dz为场强梯度，上式积分得： (11) 式中，K0为样品周围介质的体积磁化率（通常是空气，K0值很小）。如果K0可以忽略，且H0=0时，整个样品受到的力为： （12） 在非均匀磁场中，