络合物磁化率的测定实验报告

络合物磁化率的测定实验报告
实验十配合物磁化率的测定
实验十配合物磁化率的测定
1 实验目的
（1）掌握古埃(Gouy)法磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法。

（2）用古埃磁天平测定FeSO4·7H2O、K4Fe(CN)6·3H2O这两种配合物的磁化率，推算其不成对电子数，从而判断其分子的配键类型。

2 实验原理
（1）磁化率的定义
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
B=B0+B’=μ0H+B’(2-1) 式中：B0为外磁场的磁感应强度；B’为物质磁化产生的附加磁感应强度；H为外磁场强度；μ0=4π×10-7N·A-2为真空磁导率。

物质的磁化可用磁化强度M来描述，M也是一个矢量，它与磁场强度成正比
M=χh(2-2)
式中：χ称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’=μ0M=χμ0H (2-3)
将(2-3)代入(2-1)得
B=(1+χ) μ0H =μμ0H (2-4)
式中μ称为物质的相对磁导率。

化学上常用单位质量磁化率χm或摩尔磁化率χM来表示物质的磁性质，它们的定义为
(2-5)
(2-6)
（2）物质的原子、分子或离子在外磁场作用下的三种磁化现象
第一种情况是物质本身不呈现磁性，但由于其内部的电子轨道运动，在外磁场作用下会产生拉摩进动，感应出一个诱导磁矩来，表现为一个附加磁场，磁矩的方向与外磁场相反，其磁化强度与外磁场强度呈正比，并随着外磁场的消失而消失，这类物质称为逆磁性物质，其μ1，χM0.
第二种情况是物质的原子、分子或离子本身具有永久磁矩μm，由于热运动，永久磁矩指向各个方向的机会相同，所以该磁矩的统计值等于零。

但在外磁场作用下，永久磁矩会顺着外磁场方向排列，其磁化方向与外磁场相同，其磁化强度与外磁场强度成正比，此物质内部的电子轨道运动也会产生拉摩进动，其磁化方向与外磁场相反。

这类物质被称为顺磁性物质。

显然，此类物质的摩尔磁化率是摩尔顺磁化率χμ和摩尔逆磁化率χ0 之和
χm=χμ+χ0 (2-7)
由于χμ?|χ0|，故有
χm≈χμ(2-8)
顺磁性物质的μ＞1，χm＞0。

第三种情况是物质被磁化的强度与外磁场强度之间不存在正比关系，而是随外磁场强度的增加呈剧烈增强，当外磁场消失后，这种物质的磁性并不消失，呈现出滞后的现象，这类物质称为铁磁性物质，本实验不作讨论。

（3）假定分子之间无相互作用，根据局里(P.Curie)定律。

物质的摩尔顺磁化率χμ与永久磁矩μm之间的关系是
(2-9)
式中：L为阿伏伽德罗常数；k为波尔兹曼常数；T为热力学温度；C为居里常数。

由式(7)知：
(2-10)
由(2-8)知
(2-11)
该式将物质的宏观物理性质χM和其微观物理性质μm联系起来，因此只要实验测得χM，代入式(2-11)就可算出永久磁矩μm。

（4）物质的顺磁性来自与电子的自旋相联系的磁矩。

各个轨道上成对电子自旋所产生的磁矩是相互抵消的，只有存在未成对电子的物质才具有永久磁矩，它在外磁场中表现出顺磁性。

物质的永久磁矩μm和它所包含的未成对电子数n的关系可用
下式表示
(2-12)
μB称为波尔磁子，其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩。

(2-13)
式中：h为普朗克常数，me为电子质量。

（5）由实验测定物质的χM，代入式(2-11)中求出μm，再根据式(2-12)算得未成对电子数n，从而可以推断物质的电子组态，判断物质的配键类型。

对于配合物，一般认为中央离子与配位原子之间的电负性相差较大时，容易形成电价配合物，而电负性相差较小时，容易形成共价配合物。

电价配合物是由中央离子与配位体之间依靠静电库仑力结合起来的，以这种方式结合起来的化学键叫电价配键，这时中央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。

例如Fe2+在自由离子状态下的外层电子组态如下图所示。

当它与6个H2O配位体形成络离子[Fe(H2O)6]2+时，中央离子Fe2+仍然保持着上述自由离子状态下的电子组态，故此配合物是电价配合物。

共价配合物则是以中央离子的空的价电子轨道接受配位体的孤对电子以形成共价配键，这时中央离子为了尽可能多地成键，往往发生电子重排，以腾出更多价电子轨道来容纳配位体的电子对。

当Fe2+与6个CN-配位体形成[Fe(CN)6]4-时，Fe2+的电子组态发生
重排。

如下图所示。

Fe的3d轨道上原来未成对的电子重新配对，腾出两个3d空轨道来，再与4s和4p轨道进行d2sp3杂化，构成以Fe2+为中心的指向正八面体各个顶角的6个空轨道，以此来容纳6个CN-中C 原子上的孤对电子，形成6个共价配键，如图所示。

（6）本实验采用古埃磁天平法测量物质的摩尔磁化率χM。

古埃法测定磁化率的原理如左图所示。

将装有样品的圆柱形玻璃管如图所示方式悬挂在两磁极中间，使样品的底部处于两极中心，即磁场强度H最强的区域，样品的顶部则处于最上部磁场强度H0几乎为零处。

这样，样品管就处于不均匀的磁场中。

设样品管的截面积为S，样品管长度方向为dz的体积Sdz在非均匀磁场中所受到的作用力df
(2-14) 2+
式中为磁场强度梯度。

对于顺磁性物质，作用力指向磁场强度大的方向，对于逆磁性物质则指向磁场强度小的方向。

样品管中所有样品受的力：
(2-15)
当样品受到磁场作用力时，天平的另一臂上加减砝码使之平衡。

设Δm为施加磁场前后的质量差，则
(2-16)
由于代入(2-16)并整理后得：，
(2-17)
式中h为样品高度，m为样品质量，g为重力加速度，M为样品的摩尔质量。

(2-17)式中空气的体积磁化率χ空=3.64×10-7，因样品管体积很小，故常予以忽略。

该式右边的各项都可实验测得，由此求出样品的摩尔磁化率。

H可由己知单位质量磁化率的莫尔盐来间接标定(χM
与温度的关系为
m3·kg-1)，也可直接测量。

3 仪器和试剂
（1）仪器
古埃磁天平（如下图），装样品工具(研钵、角匙、小漏斗、玻璃棒)，软质玻璃样品管。

（2）药品
莫尔氏盐(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O(分析纯)，FeSO4·7H2O(分析纯)，K4Fe(CN)6·3H2O(分析纯)。

4 实验步骤
（1）按照古埃磁天平的操作规程开启磁天平，记录实验温度T （2）调整霍尔探头的位置，使之处于磁场中心最强处
具体做法是，在某一励磁电流下，拧松霍尔探头两边的有机玻璃螺丝，稍微转动探头，使特斯拉计的读数最大，此即为最佳位置。

（3）磁场两极中心处磁场强度H的测定
1用特斯拉计测量当励磁电流处于1A、3A、5A、3A、1A时相应
的磁场强度，记录数据。

注意调节励磁电流时必须平稳缓慢，先升后降。

2用已知χM的莫尔氏盐标定特定励磁电流下的磁场强度
①将空样品管洗净吹干，挂在钩上称量，读数W空管。

轻旋电流开关使电流
使电流表指针到0A，再依次将电流表指针调为1A、3A、5A、3A、1A，每次均称量空样品管W(I)。

毕后，将励磁电流将为0，每次仍称量空样品管，断开电源，再称一次空样品管。

计算电流在升、将过程中同样的电流值下空样品管称量的平均值，以及电流为1A、3A、5A时空样品管的质量与0A时空样品管的质量差△W空管。

篇二：大学物理化学实验报告-络合物的磁化率的测定
物理化学实验报告
院系化学化工学院班级学号姓名
实验名称络合物的磁化率的测定日期同组者姓名室温22.5℃气压101.6 kPa 成绩
一、目的和要求
1、掌握古埃（Gouy）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、基本原理
物质的磁性一般可分为三种: 顺磁性, 反磁性和铁磁性。

a .反磁性是指磁化方向和外磁场方向相反时所产生的磁效应。

反磁物质的χD 0（电子的拉摩进动产生一个与外磁场方向相反的诱导磁矩，导致物质具有反磁性）。

b. 顺磁性是指磁化方向和外磁场方向相同时所产生的磁效应，顺磁物质的Xp 0。

（外磁场作用下，粒子如原子、分子、离子，中固有磁矩产生的磁效应）。

c. 铁磁性是指在低外磁场中就能达到饱和磁化，去掉外磁场时，磁性并不消失，呈现出滞后现象等一些特殊的磁效应。

d. 摩尔磁化率：? ?? D ? ? P ? ? P M古埃法测定物质的摩尔磁化率（? M ）的原理
通过测定物质在不均匀磁场中受到的力，求出物质的磁化率。

把样品装于园形样品管中，悬于两磁极中间,一端位于磁极间磁场强度最大区域H，而另一端位于磁场强度很弱的区域H 0，则样品在沿样品管方向所受的力F可表示为：F??mH?H
Z
其中：m为样品质量，H为磁场强度，为沿样品管方向的磁场梯度。

本实验用摩尔氏盐(六水合硫酸亚铁铵)标定外磁场强度H。

测定亚铁氰化钾和硫酸亚铁的摩尔磁化率，求金属离子的磁矩并考察电子配对状况。

Z
H
三、仪器、试剂
MB-1A磁天平(包括电磁铁，电光天平，励磁电源) 1套软质玻璃样品管1只角匙1只漏斗1只
莫尔氏盐(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O（分析纯）FeSO4·7H2O（分析纯）K4Fe(CN)6·3H2O（分析纯）
四、实验步骤
1. 磁场强度（H）的测定：
用已知摩尔磁化率的莫尔氏盐标定某一固定励磁电流时的磁场强度（H）.励磁电流变化0A→3A→3.5A→4A→3.5A→3A→0A，分别测定励磁电流在各值下的天平的读数（4A的值可以不读，持续2分钟左右，消磁），用同一仪器在同等条件下进行后续的测定。

具体操作如下：
（1）把样品管悬于磁场的中心位置，测定空管在加励磁电流前，后磁场中的重
量。

求出空管在加磁场前，后的重量变化管，重复测定三次读数，取平均值。

（2）把已经研细的莫尔氏盐通过小漏斗装入样品管，样品高度约为8m（此时样
品另一端位于磁场强度H=0处）。

读出样品的高度，要注意样品研磨细小，装样均匀不能有断层。

测定莫尔氏盐在加励磁电流前，后磁场中的重量。

求出在加磁场前后的重量变化样品+管，重复测定三次读数，取平均值。

2．样品的莫尔磁化率测定：
把测定过莫尔氏盐的试管擦洗干净，把待测样品K
4
2
4
Fe(CN)63H2O
7 HO ，分别装在样品管中，按着上述步骤（1），（2）分别测定在FeSO加磁场前，后的重量。

求出重量的变化（管和样品+管），重复测定三次读数，取
平均值。

五、原始数据
T=22.5℃h=8cm MFeSO4·7H2O =278.02 g/mol MK4Fe(CN)6·3H2O =422.39 g/mol M莫尔氏盐=392 g/mol
六、数据处理
(一) 由莫尔氏盐质量磁化率和实验数据计算相应的励磁电流下的磁场强度值：在实验温度(22.5℃=295.65K)下：莫尔氏盐的标准χ
m =9500/(T+1)*4π
*10-9
=9500/(295.65+1)*4π*10-9
=4.04*10-7 m3·kg-1
所以莫尔氏盐的摩尔磁化率χ
M = M莫尔氏盐*χm
=392 g/mol * 4.04*10-7 m3·kg-1 =1.58 ×10-7 m3·mol-1 根据公式
M
2(?m样品+空管??m空管)ghM
0mH
2
求不同励磁电流下的磁场强度H：
I=3.0A时：
H?
2.26105Am1
同理可得，I=3.5A时：
H=2.64×105 A·m-1
(二) 计算FeSO4·7H2O和K4Fe(CN)6·3H2O的χm 再计算其μm和未成对电子数n
现以FeSO4·7H2O为例做计算示例：根据公式：?M
2(m
样品+空管
m)ghM
空管
FeSO4?7H2O
0mH
2
求出FeSO4·7H2O在两个不同的励磁电流下的χ得，
M
FeSO4 7H2O
M 并取平均值，
1.45107 m3·mol
-1
篇三：络合物磁化率的测定---数据处理
五．实验数据及处理实验温度：24℃=297K
1.计算示例
莫尔氏盐M=0.39215 Kg/mol FeSO4·7H2O M=0.27802 Kg/mol K4Fe(CN)6·3H2O M=0.42239 Kg/mol 莫尔氏盐:
B
M
95009500
4M10940.392151091.57107m3mol1
T?1297?1
当I=1A时：
（1）、用莫尔氏盐标定磁场强度
m?24.9514?14.8096?3.4551g?10.1418?10?3kg ?m?24.9576?24.9513 0.0063g6.3106kg m014.809814.80980g0kg 由?M?
2(?m??m0)ghM
得2
0mH
12
6
12
?2??m??m0?ghM??2?6.3?10?9.81?0.15?0.39215?H6.0473?10 4A?m?1??B?7?7?m?M?0?0.0101418?1.57?10?4??10
(2)、求FeSO4·7H2O 的磁化率
m?25.6742?14.8098?3.5573g?10.8644?10?3Kg ?m?25.6825?25.6742 0.0083g8.3106Kg m014.809814.80980g0kg
M
2(?m??m0)ghM2?8.3?10?6?9.80?0.15?0.27802?73?1
1.3689?10m?mol2
0mH2410710.8644
10?3??6.0281?104?
（3）、求FeSO4·7H2O的分子磁距由?M
2
得??顺?
3kT
12
12
3kTM31.3806102971.368910231
m4.717210JT 237
6.022?10?4??10L?0?
（4）、求FeSO4·7H2O未成对电子数n
??m??4.7172?10?23?n??n?225.8718 24??9.274078?10?? B??
n?4.18?4 (取正根)
2
2
237
K4Fe(CN)6·3H2O按照同样过程求解当I=2.0A,I=3.0A时，按同样的方法计算。

2.计算结果。