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

班级化学 061 学号 13 姓名沈建明

实验名称 络合物的磁化率的测定 日期 同组者姓名 史黄亮 室温 ℃ 气压 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： 古埃法测定物质的摩尔磁化率（ ）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：

M χH

F mH

Z

χ∂=∂P P D M χχχχ≈+=

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。

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(NH 4)2SO 4·FeSO 4·6H 2O （分析纯） FeSO 4·7H 2O （分析纯） K 4Fe(CN)6·3H 2O （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 →→4A →→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 ，分别装在样品管中，按着上述步骤（1）

，（2）分别测定在加磁场前，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

H

Z

∂∂[]462()3K Fe CN H O

⋅4

2

7FeSO H O ⋅

平均值。

五、原始数据

T=℃ h=8cm

M FeSO4·7H2O= g/mol

M K4Fe(CN)6·3H2O= 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℃=下：

=9500/(T+1)*4π*10-9

莫尔氏盐的标准χ

m

=9500/+1)*4π*10-9

=*10-7 m3·kg-1

所以莫尔氏盐的摩尔磁化率χM = M 莫尔氏盐*χm

=392 g/mol * *10-7 m 3·kg -1 = ×10-7 m 3·mol -1

根据公式

+2

02()m M ghM

m m H

χμ∆-∆=

样品空管空管 求不同励磁电流下的磁场强度H ：

I=时：

51

2.2610H A m -==

=⨯⋅同理可得，I=时：

H=×105 A ·m -1

(二) 计算FeSO 4·7H 2O 和K 4Fe(CN)6·3H 2O 的χm 再计算其μm 和未成对电子数n

现以FeSO 4·7H 2O 为例做计算示例： 根据公式：+4

2

FeSO 7H O

2

02()m

M gh m M m H χμ⋅∆-∆=

样品空管

空管

求出FeSO 4·7H 2O 在两个不同的励磁电流下的χM 并取平均值， 得，

4

2

FeSO ?7H O

7

1.4510M χ-=⨯ m ³·mol -1 再根据公式：203m M

L kT

μμχ≈

其中 -23k=1.38/10J K ⨯;

2316.0210L mol -=⨯;

720410N A πμ--=⨯⋅

解得，

2324.8510m N A μ--=⨯⋅

最后利用关系式：m B μ=

解得，

n=≈4

(三) 根据未成对电子数，讨论FeSO 4·7H 2O 和K 4Fe(CN)6·3H 2O 中Fe 2+的最外层电子结构及由此构成的配键类型 FeSO 4·7H 2O 中Fe 2+外层电子组态：

3d 4S

4P

可知：FeSO 4·7H 2O 中配价键为电价配键。 K 4Fe(CN)6·3H 2O 中Fe 2+外层电子组态：

3d 4S

4P

可知：K 4Fe(CN)6·3H 2O 中配价键为共价配键。

七、思考题

1、不同的励磁电流测得的样品摩尔磁化率是否相同如果测量结果不同应如何解释

答：χM 一样。因为物质的摩尔磁化率是物质的一种宏观性质，而与外界条件

无关，不会因为励磁电流的改变而改变。

本实验在处理数据时，求了不同励磁电流下的χM ，是为了更精确，求得

的为两次测量的平均值。

2、引起误差的原因