磁化率的测定实验报告

磁化率的测定

1.实验目的

1.1测定物质的摩尔磁化率，推算分子磁矩，估计分子内未成对电子数，判断分子配键的类型。

1.2掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。

2.实验原理

2.1摩尔磁化率和分子磁矩

物质在外磁场H作用下，由于电子等带电体的运动，会被磁化而感应出一个附加磁场H'。物质0被磁化的程度用磁化率χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关：

χ为无因次量，称为物质的体积磁化率，简称磁化率，表示单位体积内磁场强度的变化，反映了物质被磁化的难易程度。化学上常用摩尔磁化率χ表示磁化程度，它与χ的关系为m

。·mol

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M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。χ的单位为m式中m物质在外磁场作用下的磁化现象有三种：。当它受到=0第一种，物质的原子、离子或分子中没有自旋未成对的电子，即它的分子磁矩，μm，相应产生一种与外磁场方向相反的感应磁矩。如同线”外磁场作用时，内部会产生感应的“分子电流圈在磁场中产生感生电流，这一电流的附加磁场方向与外磁场相反。这种物质称为反磁性物质，如表示，且χ<0。χCuHg，，Bi等。它的χ称为反磁磁化率，用m反反第二种，物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子，它的电子角动量总和不等于零，分。这些杂乱取向的分子磁矩μ≠0子磁矩m Cr，其方向总是趋向于与外磁场同方向，在受到外磁场作用时，这种物质称为顺磁性物质，如Mn，

表示。Pt等，表现出的顺磁磁化率用χ顺χχ但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩，因此它的是顺磁磁化率χ。与反磁磁化率m顺之和。因|χ|?|χ|，所以对于顺磁性物质，可以认为χ＝χ，其值大于零，即χ>0。mm顺顺反反第三种，物质被磁化的强度随着外磁场强度的增加而剧烈增强，而且在外磁场消失后其磁性并不消失。这种物质称为铁磁性物质。

对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率与分子磁矩μ关系可由居里－郎之万公式表示：m

为真空，J·Kμ×10)mol10)，、k为玻尔兹曼常数(1.3806×式中L为阿伏加德罗常数(6.022 －－1231-23

0－－27可作为由实验测定磁化率来研究物质内部结构，T为热力学温度。式磁导率（4π×

10((2-136)N·A 的依据。分子磁矩由分子内未配对电子数n决定，其关系如下：

-24-1(T为磁感应强度的单位，即特斯拉)J·T。式中μ为玻尔磁子，是磁矩的自然单位。μ=9.274 ×10 BB2+离子在自由离子状态下的外值后可以进一步判断有关络合物分子的配键类型。例如，Fe 求得n

6002+络离子，是电价络合[Fe(H0)]如以它作为中心离子与6个H层电子结构为3d04s配位体形成4p。622＋2。如下图所示：离子仍然保持原自由离子状态下的电子层结构，此时物。其中Fen=4

Fe络离子，则是共价络合物。这时其中[Fe(CN)]如果Fe个离子与6CN离子配位体形成6所－－2+2+4

示：n=0。见图2-64离子的外电子层结构发生变化，

对孤对电子，离子中的66个杂化轨道，它们能接受个d显然，其中6个空轨道形成CNsp的－32

6 形成共价配键。

摩尔磁化率的测定2.2，测定原理χ本实验用古埃磁天平测定物质的摩尔磁化率m 2所示。如图的样、质量为hm的样品管，装入高度为一个截面积为A品后，放入非均匀磁场中。样品管底部位于磁场强度最大之处，。样品最高处磁场强度为即磁极中心线上，此处磁场强度为H零。前已述及，对于顺磁性物质，此时产生的附加磁场与原磁．

场同向，即物质内磁场强度增大，在磁场中受到吸引力。设χ为空气的体积磁化率，可以证明，样品0管内样品受到的力为：

考虑到ρ＝m/hA，而χ值很小，相应的项可以忽略，可得0

在磁天平法中利用精度为0.1mg的电子天平间接测量F值。设△m为空样品管在有磁场和无磁场时0的称量值的变化，△m为装样品后在有磁场和无磁场时的称量值的变化，则

)为重力加速度(9.81m·s。可得式中、g

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磁场强度H可由特斯拉计或CT5高斯计测量。应该注意，高斯计测量的实际上是磁感应强度B，单－14。也可A·mH可由B =μH关系式计算得到，的单位为位为T(特斯拉)，1T=10高斯。磁场强度H0B? T用已知磁化率的莫尔氏盐标定。莫尔氏盐的摩尔磁化率的关系为：与热力学温度m

)为莫尔氏盐的摩尔质量(kg·mol。式中M3.实验步骤

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3.1打开励磁电源开关，电流表，打开电子天平的电源，并按下“清零”按钮，毫特斯拉计表头调零，然后调节磁场强度约为100mT，检查霍尔探头是否在磁场最强处，并固定其位置，使试管尽可能在两磁头中间（磁场最强处）；

3.2取一支清洁、干燥的空样品管，悬挂在天平一端的挂钩上，使样品管的底部在磁极中心连线上，准确称量空样品管；

3.3慢慢调节磁场强度为300（mT），等电子天平读数稳定之后，读取电子天平的读数；

3.4慢慢调节磁场强度读数至350（mT），读取电子天平的读数；

3.5慢慢调节磁场强度读数高至400（mT），等30秒，然后下降至350（mT），读取电子天平的读数；

，读取电子天平的读数；）mT（300将磁场强度读数降至3.6．

再将磁场强度读数调至最小，读取电子天平的读数；3.7直到样品，使样品粉末填实)3.8取下样品管，装入莫尔氏盐(在装填时要不断将样品管底部敲击木垫，）时候电子天（mTmT高度至试管标记处，按照上面的步骤分别测量其在0（）、300（mT）、350 平的读数；）再由大到小的测定方法，（注：上述调节电流由小到大、是为了抵消实验时磁场剩磁现象的影响。样品的摩尔磁化率测定3.9硫酸亚铁3H用标定磁场强度的样品管分别装入样品1亚铁氰化钾K[Fe(CN)]·0和样品2246（mTmT）时候电子天平的读数。、350（）、300（mT）·FeS07H0，按上述相同的步骤测量其在024 4.数据记录与处理o C