4.4-配合物磁学性质.ppt

配位化合物的磁学性质 1 配位化合物的磁学性质 磁性来自流动的电荷，原子中可以产生磁场的过程有： 核自旋有些核，如氢核有可以产生磁场的净自旋。 电子自旋电子有两种自旋状态（向上和向下）。 电子轨道的运动电子绕电子核运动可以产生磁场。 核自旋相互作用的测量在核磁共振谱(NMR)和电子自旋共振谱(ESR)中用来分析化合物。在很多情况下，与核自旋作用产生的影响很小。 电子自旋之间的相互作用对于像锕系这样的重元素是最强的，这称为自旋-自旋耦合。 电子的自旋与其轨道之间的相互作用称为自旋-轨道耦合。 4.4.1 物质的磁状态 1.抗磁性 2.顺磁性 3.铁磁性 4.亚铁磁性 5.反铁磁性 6.超导体 抗磁性－被磁场轻微排斥 n = 0 , μ = 0 顺磁性－被磁场吸引 n 0 , μ 0 例：O2，NO，NO2 铁磁性－被磁场强烈吸引n 0 , μ 0 例：Fe，Co，Ni，未成对电子通过铁磁耦合过程而取向一致 亚铁磁性－被磁场吸引 n 0 , μ 0，未成对电子在两个自旋相反的方向中的一个方向上比另一个多 反铁磁性－被磁场强烈排斥，自旋相反的电子数目相等 4.4.2 物质与外磁场的相互作用 当物质置于磁场中，物质内的磁场将是外磁场和物质本身产生的磁场的总和。物质内的磁感应强度用“B”表示，有（1）： B=H+4πM （1） 其中，B为磁感应；H为外磁场；π=3.14159；M为磁化作用（物质的一种性质）。 为了数学和实验方便起见，该式常写成以下形式: B=1+4πM =1+4πχv （2） 式中， χv 为体积磁化率。 （1）磁化率 磁化率是物质对磁场响应程度的物理量。通常所用的质量磁化率用符号“χ”来表示式（3）， χ=M/J （3） 式中，J是物质单位质量内的磁偶极矩（A?m-1）。 如果χ是正值，该物质为顺磁性，磁场会因该物质的存在而加强。 如果χ是负值，该物质为抗磁性，磁场会因该物质的存在而削弱。 表1 一些物质的磁化率 （2）有效磁矩 磁相互作用的另一个量度是有效磁矩，μ，即(4)， μ=2.828(χmT)1/2 (4) 式中， μ为有效磁矩；χm为摩尔磁化率；T为温度。 有效磁矩是一种很方便的物质磁性的测量，因为抗磁性物质和顺磁性物质的有效磁矩与温度和外磁场的强度都无关。 抗磁性 抗磁性可描述为在外磁场存在下电子形成的电流及绕核的运动。因此，对每一个原子核都可以计算其抗磁性贡献。但是，抗磁性的数值比起顺磁性和其他的作用是非常小的，对于很多物质而言是可以忽略不计的。 顺磁性 决定顺磁性行为的最重要的结构特征是化合物中的未成对的电子数目。顺磁性化合物的磁矩（仅有自旋）如式(5)所示： μ=g{S(S+1)}1/2 (5) 式中，μ为有效磁矩；g=2.0023;S=1/2(一个电子),1(两个电子),3/2(三个电子)，等。 将电子的自旋和轨道运动都考虑进去，则如(6)所示： μ=g{4S(S+1)+L(L+1)}1/2 (6) 式中，L=总轨道角动量。 铁磁性，反铁磁性和亚铁磁性 铁磁性：铁磁性物质中具有未成对的电子，它们 通过铁磁耦合过程而取向一致。铁磁化作用是物质能显示出自发磁化作用的一种现象，是一种最强的磁化作用。例：铁、钴的磁性。 亚铁磁性：亚铁磁性物质中同样具有未成对的电子，其中一部分方向向上，一部分方向向下，这就是亚铁磁性耦合。由于亚铁磁性物质中的一些自旋的取向