2.磁化率的测定-重庆大学.pptVIP

主讲：孙大贵 实验目的 1．通过测定络合物的摩尔磁化率，计算其分子的永久磁矩及未成对电子数，并推测各络合物的配键类型 ； 2．掌握古埃（Gouy）磁天平测定磁化率的实验原理和方法。 实验原理 物质在外加磁场的作用下会感应产生一个附加磁场，该物质磁感应强度B为外磁场强度与附加磁场之和 2.分子磁矩与磁化率的关系 对于反磁性物质，则只有χ反，故χM =χ反。摩尔顺磁化率χ顺和分子永久磁矩? M间的关系为： 4．摩尔磁化率的测定 本实验采用Gouy磁天平法测定物质的χM 。 实验方法 1．用已知xm的莫尔盐标定磁场强度 注意事项 1．样品应充分研细, 装填应紧密，每加入样品高度约10mm左右，并用玻棒逐层压紧样品。 2．样品管底部应处于磁场中心位置，样品管不能与磁极及高斯计探头接触。挂取样品管时动作应轻，避免拉动吊线。 3．称量时应天平读数稳定后再读数。。 数据记录和处理 1. 将实验数据列于下表： 2．将各项计算结果列于下表： 思考题 1．不同磁场强度下测得的摩尔磁化率是否不同？为什么？ 2．本实验装样太多、太少或装填不均匀对实验结果有何影响？ 3．若样品管在磁场中未处于中心位置对测定结果有何影响？ * * * * * * * * * * 磁化率的测定 重庆大学化学化工学院 式中μ0= 4×10-7 N?A-2，称为真空磁导率。 （1） 1．物质的磁化率 对于非铁磁质 (2) 式中为κ物质的体积磁化率。是物质的一种宏观磁性质。 化学上常用单位质量磁化率χm和摩尔磁化率χM来表示物质的磁性质。 式中?是物质的密度 （3） （4） 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，该物质具有永久磁矩。反之，则无永久磁矩。 具有永久磁矩的原子、离子或分子在外磁场下，其永久磁矩会顺着外磁场方向同向排列, 表现顺磁性, 同时它内部电子轨道运动有感应的磁矩，其方向与外磁场相反，表现出反磁性。 无永久磁矩的原子、离子或分子则只有反磁性。所以物质的摩尔磁化率为顺磁化率。 顺和反磁化率 反之和： 对于顺磁性物质，当 |χ顺||χ反|时， Mχ≈ χ顺； 式中k为玻尔兹曼常数=1.380662×10-23J?K-1 ,由χM的测定可计算分子磁矩。 3. 分子磁矩与未成对电子数的关系 物质的永久磁矩与它所包含的未成对电子数n的关系为： ? B为波尔磁子, 其物理意义为单个自由电子自旋产生的磁矩： me为电子静止质量，e为电子电荷，c为光速。T为特斯拉。 将盛有样品的样品管悬挂在两磁极中间，使样品管底部处于两极中心，即磁场强度最强处。样品应足够长，其上端所在处磁场可略不计。这样圆柱形样品就处在一不均匀磁场中。沿样品轴心方向Z存在一磁场强度梯度。样品截面积为A，作用在样品一体积元AdZ上的磁矩为（χ-χ0）HAdZ，该体积元样品沿磁场方向受力df为 作用在整个样品上的力 f 为 式中κ0为空气的磁化率，积分边界条件H为磁场中心的磁场强度，H0为样品顶端的磁场强度。若忽略空气的磁化率，H0=0，得 设?W为样品置于磁场内外称量的重量差，则 由于 代入式（15-9）得摩尔磁化率： h 为样品高度, W为样品在无磁场作用下的重量，H为磁场强度, M样品为样品的摩尔质量。 H可由莫尔盐[(NH4)2SO4?FeSO4?6H2O]标定，莫尔盐的χm与温度T（热力学温度）的关系为： 在实际应用时，可采用“相对法”。即待测样品和标定用样品使用同一样品管，样品装填高度相同，并在同一磁场强度下进行测量，这时由式（11.7.13）可得： 式中下标“样”代表待测样品，“标”代表莫尔盐。 将干燥清洁的样品管（长约120mm，带塞，未装样品）挂在天平托盘下的挂钩上，高节连结线的长度，使样品管底距磁极中心距离在150mm以上，称空样品管在磁场外的重量W管。改变样品管位置，使样品管底处于磁场中心处，再称取空样品管在磁场中的重量W’管。 取下样品管，用小漏斗把事先研细的莫尔盐装入样品管中，边装边振动并用玻棒压紧，使样品层装填均匀，紧密，样品层高约70mm。准确量取样品层高h，同样称取样品及管在磁场外和磁场内的重量W管+样品及W ?管+样品。 每次称量取三次读数，再取平均值。 2．测定样品的摩尔磁化率 在样品管中装入待测样品，按照上