第二节 分子的磁性

力向上而“减重”。
Gouy磁天平示意图
2.磁化率的测定
样品在磁场中受到的力 F，可由测
量样品在外加磁场前后的“质量”变
化ΔW 求得。即：
重力加速度
F =ΔW·g
磁场强度 H 可由以知磁化率χ的标 准样品（摩尔盐）求得。即：
MB-1A Gouy）磁天平

DZ3326型 磁天平
χ=
2ΔW·g·h W·H2
分子磁化率的测定方法很多，在此仅介绍古埃（Gouy）磁天平
法。
天平
1.基本原理
当一个均匀样品放在不均匀磁场 H 中，样品分子 的磁矩不仅会顺着磁场做有序排列，同时还会受到一
样品管
个使样品发生位移的力 F。
若样品为顺磁性物质，在非均匀磁场中，受力向下 而“增重”。
电磁铁
反之，若样品为反磁性物质，在非均匀磁场中，受
对于顺磁性物质和反磁性物质，其磁化强度矢量与外磁场强度 成正比。即：
I = κH
式中：κ— 比例常数（单位体积中的磁化率）。
由于 I 是单位体积中的磁矩，所以κ可以看成单位磁场强度
下，单位体积中的磁矩。在化学中，常用摩尔磁化率（χM）表
示。即：
χM =
κV
=κ
M D
=
κ
D
M
=
χM
式中：χ— 单位质量磁化率；M — 化学式量；D — 密度；V — 摩尔体 积。
进而可求得χM =χ·M，并由：
χM ≈
N0 μ2 3kT
测得分子的磁矩μ，可利用 |μ|= n（n+2）β
可求得磁矩μ。
求算未成对电子数 n ，进而判断 配合物的立体结构。
三、磁化率与分子结构
Magnet susceptibility and member structure
我们知道，电子的自旋运动与绕核的轨道运动，均会产生磁效 应。
基本原理当一个均匀样品放在不均匀磁场中样品分子的磁矩不仅会顺着磁场做有序排列同时还会受到一个使样品发生位移的力电磁铁样品管gouy磁天平示意图天平若样品为顺磁性物质在非均匀磁场中受力向下而增重
第二节 分子的磁性
Molecular magnetism
一、分子的磁性 二、分子磁化率的测定 三、磁化率与分子结构
法国著名物理学家， 1903年，居里夫妇与放 射性的发现者贝克勒耳
此公式仅适用于温度不太低、磁场不太高的情
共同获得了诺贝尔物理 学奖。
况，并且不考虑电子在各能级分布时，相互间的
作用。
二、分子磁化率的测定
The measurement of the member magnet susceptibility
产生的自旋磁矩的总和构成。或称为分子固有磁矩。
2.磁化率
Magnet susceptibility
⑴磁介质
磁性分子（磁介质）在外磁场中会被磁化。磁介质内部的磁场强度 B（磁 感应强度）与外磁场强度 H 的关系为：
B = H + H’ = H + 4πI
式中：H’ — 物质被磁化而产生的附加磁场强度；I — 磁化强度矢量（单 位体积中的磁矩）。
1.自由Ni2+离子有两个未成对电子
Ni2+
3d8
4s0 4p0
对于Ni2+ 离子的两个未成对电子，可以形成两种类型的、配位
数为4的配合物。即：
Ni2+
3d8
sp3杂化
顺磁性 未成对电子数n = 2 自旋磁矩μ= 2.83
正四面体构型
Ni2+
3d8
dsp3杂化
反磁性 未成对电子数n = 0
自旋磁矩μ= 0
对于顺磁性物质而言，未成对电子的自旋运动对磁矩总是有贡 献的，但其绕核的轨道运动是否有贡献，应视具体情况而定。
如果，分子磁矩完全来自于电子自旋运动的贡献，则其未成对 电子数可由下式求得。
|μ| = n（n + 2）β
只要测得分子磁矩μ，就可确定未成对电子数 n，进而可以判 断配合物的构型。
例如： 判断Ni(NH3)4·SO4 与 K2Ni(CN)4的构型。
一、分子的磁性
Molecular magnetism
1.分子的磁性
Molecular magnetism
物质的磁性与其分子的微观结构有着密切关系。在原子或分
子中任一电子都同时进行着两种运动。即：轨道运动和自旋运
动。
轨道磁矩
这两种运动均会产生磁效应。即：
自旋磁矩
分子的分子磁矩由电子轨道运动产生的轨道磁矩与自旋运动
平面四边形构型
2.判断Ni(NH3)4·SO4 与 K2Ni(CN)4的构型。
分别测定Ni(NH3)4·SO4 和 K2Ni(CN)4 的磁矩，根据磁矩判断 配合物的构型。
若磁矩μ> 0
则可判断该配合物为顺磁性物质。即：正四面体构型。
Ni(NH3)4·SO4 实验值 μ= 3 若磁矩μ= 0
NH3
⑶居里定律
对于一个确定的顺磁性物质，其摩尔顺磁磁化
率χμ与外磁场无关，与温度成反比。即：
χμ=
N0 μ2 3kT
=
C T
式中：N0 — Avogadro 常数；k — Boltzmann 常数； Pierre Curie
μ— 分子的固有磁矩。
(1859—1906)
对于一个确定的物质， N0 μ2 = C。 3k
不同的磁介质，其 H’（或I）的方向和大小均不相同。根据 H’与 H 的方向 及 H’ 的大小情况，磁介质可分为：
顺磁性物质
H’ 和 H 同向，即：H’（或I）> 0。
反磁性物质
H’ 和 H 反向，即：H’（或I）< 0。
铁磁性物质
H’ 和 H 同向，并且其磁化强度矢量比顺磁性物质
大很多倍。
⑵磁化率
NH3
Ni
NH3 NH3
则可判断该配合物为反磁性物质。即：平面四边形构型。
K2Ni(CN)4 实验值 μ= 0
CN CN Ni CN CN