物化实验报告磁化率-络合物结构测定

4）误差分析 ①实验理论公式的推导中用到一些近似，例如忽略顺磁性物质逆磁磁化 率的影响，忽略样品柱远离磁场一端的磁化率等。
②励磁电流不能每次都准确地定在同一位置，前文所述的3A、4A等值都 只能保证大概在这个位置附近，因此实际上磁场强度H并非每次都是一 致的。
③测量样品高度h的误差严重影响实验的精度，这从摩尔磁化率的计算 公式可以看出来。而由于最上面的那些样品粉末不能压紧压平，测量高 度h的误差还是比较大的。 ④装样不紧密也会带来较大误差，推导公式时用到了密度ρ，最后表现 在高度h中。“装样不紧密”也就是说实际堆密度比理论密度小，这样 高度h就会比理论值偏大，即使很准确地测量出高度h，它还是比理论值 有一个正的绝对误差。
ห้องสมุดไป่ตู้e*g t2g Fig 2. (t2g)4(e*g)2电子排布
可见在 (t2g) 和 (e*g) 轨道上各有2个未成对电子，共有n=4 ；另外 按照杂化轨道理论称之为sp3d2型配键。 所以FeSO4·7H2O是弱场高自旋的电价配合物。
Fig 3. (t2g)6(e*g)0电子排布 e*g t2g
[Fe(II)(CN)6]4-，其中心原子Fe2+提供6个3d电子，周围6个氰根配体 共提供12个配位电子，6+12=18电子。又因为氰根离子是强配体，故 [Fe(II)(CN)6]4-的配位场结构与上述的不同，为 (a1g)2(t1u)6(eg)4(t2g)6(e*g)0 。 可见在所有轨道上都没有未成对电子，n=0 ；另外按照杂化轨道理论称 之为d2sp3型配键。 所以K4Fe(CN)6·3H2O是强场低自旋的共价配合物。
0 13.304 25.203 13.195 26.568
12.706
3 13.303 25.238 13.194 26.620
12.706
4 13.303 25.266 13.194 26.661
12.706
空管3+ K4Fe(CN)6·3H2O
26.046
26.045
26.044
2.2由(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O的数据计算磁场强度H ，T=(17.9+17.5)/2=17.7℃=290.85K χm=3.255E-5 cm3/g 由Table 1.的数据求得下表：
-0.001 0.052
4
13.194 26.661
-0.001 0.093
h=15.20cm, M=278.01 3A时: H=3307.7 Gauss,
= 3.004E-5m3/g
4A时:h= 4410.3 Gauss =2.996 E-5m3/g 所以χm= 3.00E-5m3/g 由公式
， T=290.85K，NA=6.022E23 mol-1，K=1.381E-16 erg/K，β=9.274E-21 erg/Gauss 解得：n=4
Fe2+由周围的6个水分子配位，形成的是正八面体空间结构。
K4Fe(CN)6·3H2O的结构式为K4
[Fe(II)(CN)6]·3H2O，即中心原子
Fe2+由周围的6个氰根离子配位，形成的也是正八面体空间结构。
Fig 1. 两个正八面体结构的配合物离子
2）配位场的电子结构的讨论 ML6型配合物分子的配位场电子轨道依次是(a1g)(t1u)(eg)(t2g)(e*g) (t*1u)(a*1g) 。 [Fe(II)(H2O)6]2+，其中心原子Fe2+提供6个3d电子，周围6个水分子配 体共提供12个配位电子，6+12=18电子。又因为水分子是弱配体，故 [Fe(II)(H2O)6]2+的配位场电子结构为 (a1g)2(t1u)6(eg)4(t2g)4(e*g)2 。
2.4由K4Fe(CN)6·3H2O的数据计算摩尔磁化率χM和未成对电子数n
Table 7 励磁电流
/A
0 3 4
平均视质量/g 空管 加样后 12.706 26.046 12.706 26.045 12.706 26.044
ΔWE
0 0
质量差/g ΔWF
-0.001 -0.001
W 13.340
h=15.35cm, M=422.39 3A时: = -8.716 E-7m3/g
3）不同磁场强度H下样品的摩尔磁化率χM不同的原因 不同励磁电流I（因而不同磁场强度H）下测得的摩尔磁化率χM并
不相同， 因为这一关系式是经典电磁理论的统计力学结果，它把磁矩 取向视为可以连续变化的；但是基于量子力学理论，磁矩取向是量子化 的而不能连续改变，上述对的线性关系只是在<<1条件下的一阶近似。 磁场强度H足够大时，必须考虑的高阶修正项如。所以只是在的一阶近 似下表现为不随H改变的常数；当高阶修正项不能忽略时，摩尔磁化率 χM表现为随磁场强度H（因而也随励磁电流I）改变的量。
出“抗磁性”或“反磁性”，该物质的磁化率将是一个负值，其数量级
约10-5~10-6emu。但是如果分子中还存在非成对电子，那么这些非成对
电子产生的磁矩会转向外磁场方向，并且这种效应比产生“抗磁性”的
楞次定律效应强很多，完全掩盖了成对电子的“抗磁性”而表现出“顺
磁性”，其磁化率是正值，数量级约10-2~10-5emu。原子核的自旋磁矩
0
13.195 13.195 26.568 26.568
K4Fe(CN)6·3H2O： 样品柱高度h3=15.35cm Table 3
励磁电流 /A
空管视质量/g
0
12.706 12.706
3
12.706 12.706
4
12.706 12.706
4
12.705 12.706
3
12.706 12.706
0
12.706 12.707
加样后视质量/g
26.046 26.045 26.044 26.044 26.045 26.046
26.046 26.045 26.044 26.044 26.045 26.046
2. 数据处理
2.1 数据计算 Table 4
空管 1 空管 1+莫尔盐
空管 2 空管 2+ FeSO4·7H2O 空管 3
3） 测定FeSO4·7H2O和K4Fe(CN)6·3H2O的相关数据：另取一只 空样品管，仿照测(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O的步骤，将样品 改为FeSO4·7H2O测定并记录有关数据。再换一只空样品 管，测K4Fe(CN)6·3H2O。
.3 注意事项
1）操作中电流调节要缓慢，并注意电流稳定后方可称量； 2）样品管底部要与磁极中心线齐平； 3）称量时样品管要处于两个磁极的中间； 4）样品的高度必须h≥15cm，而且准确记录下来； 5）样品要研细、填实。
∴ =3307.7 Gauss (I=3A)， = 4410.3 Gauss (I=4A)。
2.3 由FeSO4·7H2O的数据计算摩尔磁化率χM和未成对电子数n Table 6
励磁电流 平均视质量/g
质量差/g
/A
空管
加样后
ΔWE
ΔWF
W
0
13.195 26.568
13.373
3
13.194 26.620
4A时: =-4.902 E-7 m3/g 所以χm=6.809 E-7m3/g 由公式 ， T=290.85K，NA=6.022E23 mol-1，K=1.381E-16 erg/K，β=9.274E-21 erg/Gauss 解得：n=0
也会产生顺磁效应，不过核顺磁磁化率只有约10-10emu，一般不予考
虑。
上述的顺磁性和抗磁性均为弱磁性，其相应的磁化率都远小于1；
还有一种“铁磁性”，其磁化率远大于1——被称为强磁性。弱磁性和
强磁性还有一个显著区别是：弱磁性物质的磁化率基本上不随磁场强度
而变化，强磁性物质的磁化率却随磁场强度而剧烈变化。
(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O （分析纯）
FeSO4·7H2O
（分析纯）
K4Fe(CN)6·3H2O
（分析纯）
.2 实验步骤
1） 研细粉末样品
2） 测定(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O的相关数据： 取一只空样品 管，使励磁电流从小到大再从大到小，依次测量其在I=0、 3A、4A、4A、3A、0时的视重质量，并重复一次。向该样品 管中匀实的装入样品粉末，保证样品柱高度超过15cm并且记 下高度值；仿照上述测空样品管的步骤，依次测六个电流值 时的视重质量，并重复一次。
Table 5 励磁电流
/A
0 3 4
平均视质量/g 空管 加样后 13.304 25.203 13.303 25.238 13.303 25.266
质量差/g
ΔWE
ΔWF
W 11.899
-0.001 0.035
-0.001 0.063
h=15.30cm,g=981,χm=3.255E-5 cm3/g,M=
⑤装样品的试管在磁场（电流）变化时会有振动，尽管已经尽可能慢的 改变电流，但微小振动仍然存在，即会在读取质量时产生误差
参考文献：
[1]
崔献英,柯燕雄,单绍纯.物理化学实验[M].中国科技大学出版
社,2000: 29~32.
[2] 付献彩,沈文霞,姚天扬,侯文华.《物理化学》(第五版)上册[M].高
13.304 13.303 13.303 13.303 13.303 13.304
加样后视质量/g
25.202 25.237 25.265 25.266 25.238 25.203
25.203 25.238 25.266 25.265 25.239 25.203
FeSO4·7H2O： 样品柱高度h2=15.20cm
3.结果与讨论
3.1 实验结果
FeSO4·7H2O 摩尔磁化率χM=3.00E-5 m3/mol ；未成对电子数n≈4 ； K4Fe(CN)6·3H2O 摩尔磁化率χM=-6.809 E-7 m3/mol ；未成对电子数 n≈0
3.2 结果讨论
1）配合物的空间结构 FeSO4·7H2O的结构式为 [Fe(II)(H2O)6] SO4·H2O，即中心原子
磁化率-络合物的测定
本实验对磁介质在磁场中的磁化现象进行了探讨，并通过对一些物质的
磁化率的测定，求出未成对电子数并判断络合物中央离子的电子结构和
成键类型。此外，加强了对古埃法测定磁化率原理和技术的理解及学习
使用了磁天平。
磁化率是各种物质都普遍具有的属性。考察组成物质的分子：如果分子
中的电子都是成对电子，则这些电子对的轨道磁矩对外加磁场表现
励磁电流
/A
空管视质量/g
加样后视质量/g
0
13.195 13.195 26.568 26.568
3
13.194 13.194 26.621 26.620
4
13.194 13.194 26.660 26.659
4
13.193 13.193 26.662 26.663
3
13.194 13.194 26.621 26.620
可见，测量磁化率可以区分物质的磁性类型，还可以检测外界条件
改变时磁性的转变；测定顺磁性物质的磁化率，有助于计算出每个分子
中的非成对电子数，从而推测出该物质分子的配位场电子结构。
仪器与试剂
古埃磁天平（包括磁场，电光天平，励磁电源等）； CT5型高斯计一台； 软质玻璃样品管4支；
装样品工具（研钵、角匙、小漏斗、玻璃棒）一套。
等教育出版社,2005:277~280.
附件：实验数据处理
1. 数据记录
T：17.7 (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O： 样品柱高度h1=15.30cm
Table 1 励磁电流
/A 0 3 4 4 3 0
空管视质量/g
13.304 13.303 13.303 13.303 13.303 13.304