南京大学物化实验系列磁化率

－

磁导率，其数值等于 4 10 N / A ；
7 2
H B / 0 。
物质的磁化可用磁化强度 M 来描述，它与磁场强度成正比。

M H
(2)
式中 为物质的体积磁化率,是无量纲的量，单位是 1。在化学上常用质量磁化率 m 或摩尔 磁化率 M 来表示物质的磁性质， m 、 M 的量纲分别是 m3/kg 和 m3/mol。
4.4 取下样品管用小漏斗装入事先研细并干燥过的莫尔氏盐，并不断让样品管底部在软 垫上轻轻碰击，使样品均匀填实，直至所要求的高度，(用尺准确测量)。按前述方 法将装有莫尔盐的样品管挂于磁天平上，重复称空管时的条件称量，得
W1空管＋样品 （B0 ) ， W1空管＋样品 （B1 ) ， W1空管＋样品 （B2 ) ， W2空管＋样品 （B 2 ) ， W2空管＋样品 （B1 ) ， W2空管＋样品 （B0 ) 。 同 法 可 求 出 W空管＋样品 （B1 ) 和 W空管＋样品 （B 2 ) 。
103/kg -0.0019 -00030 0.0429 0.0423 -0.0020 -0.0021 0.0635
W ( B 2 )
103/kg -0.0020
W ( B1 )
103/kg
W ( B 2 )
103/kg
W样 ( B1 )
103/kg
W样 ( B2 )
W ( B1 )
103/kg 19.2891 19.2915 24.3748 24.3771 19.2911 19.2917 25.1618
W ( B2 )
103/kg 19.2890 19.2896 24.3907 24.3916 19.2905 19.2908 25.1846
W ( B1 )
4.5 采 用同 一 样品 管 （ 每次 装 样前 均 应保 证 洁净 干 燥） 和 相 同的 实 验条 件 分别 对
FeSO4 7 H 2 O ， K 3 Fe(CN )6 和 K 4 Fe(CN ) 6 3H 2 O 进行测定。
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5 实验注意事项 5.1 所测样品应事先研细，放在装有浓硫酸的干燥器中干燥。 5.2 空样品管需干燥洁净。装样时应使样品均匀填实。 5..3 称量时，样品管应正好处于两磁极之间，其底部与磁极中心线齐平。悬挂样品管的悬 线勿与任何物件相接触。整个测定过程样品管高度应相同，霍尔探头固定位置不变。 5.4 测定后的样品均要及时倒回试剂瓶并放在干燥器保存，可重复使用。样品倒回试剂瓶 时，注意瓶上所贴标志，切忌倒错瓶子。 6 数据处理 6.1 由式（13）算出莫尔盐的质量磁化率，再算出其莫尔磁化率，结合莫尔盐的实验数据计 算磁感应强度 B1 和 B2。 6.2 分别由与 B1、B2 对应的实验数据计算 FeSO47H2O、K3Fe (CN)6、K4Fe (CN)63H2O 的 x M 、 μm 和未成对电子数 n。 6.3 根据未成对电子数 n 讨论 FeSO47H2O、 K3Fe (CN)6 和 K4Fe (CN)63H2O 的最外层电子结构 以及由此构成的配键类型。 6.4 数据处理过程及结果 T=16.80℃,则












1 W空管 ( B1 ) [W空管1 ( B1 ) W空管 2 ( B1 )] （14） ， 式中 2 W空管1 ( B1 ) W空管1 ( B1 ) W空管1 ( B0 ) ， W空管 2 ( B1 ) W空管 2 ( B1 ) W空管 2 ( B0 ) 1 W空管 ( B2 ) [W空管1 ( B 2 ) W空管 2 ( B2 )] （15） ， 式中 2 W空管1 ( B2 ) W空管1 ( B2 ) W空管1 ( B0 ) ， W空管 2 ( B2 ) W空管 2 ( B2 ) W空管 2 ( B0 )
m
9500 9500 4 10 9 4 3.1416 10 9 4.103 10 7 m 3 / kg T 1 289.95
表 1 实验数据表
W ( B0 )
103/kg 空 管 摩 尔 盐 19.2910 19.2945 24.3319 24.3348 19.2931 19.2938 25.0983
m B n(n 2)
式中 B 为玻尔磁子，其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩。
(7)
B
eh 9.274 10 24 J / T 4 me
(8)
式中 h 为普朗克常数； me 为电子质量。因此，只要实验测得 M ，即可求出 m ，算出未成 对电子数 n, 这对于研究某些原子或离子的电子组态，以及判断络合物分子的配键类型是很 有意义的。 2．3 磁化率的测定 古埃法测定磁化率装置如图 l 所示。将装有样品的圆柱形 玻管如图 l 所示方式悬挂在两磁极中间，使样品底部处于两磁 极的中心。 亦即磁场强度最强区域， 样品的顶部则位于磁场强 度最弱，甚至为零的区域。这样，样品就处于一不均匀的磁场 中， 设样品的截面积为 A， 沿样品管的长度方向 dS 的体积 AdS 在非均匀磁场中所受到的作用力 dF 为
4 实验步骤
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4.1 4.2
4.3
将特斯拉计的探头放入磁铁的中心架中，套上保护套，调节特斯拉计的数字显示为 “0” 。 除下保护套，先把探头平面垂直置于磁场两极中心，打开电源，调节“调压旋钮” ， 使电流增大至特斯拉计上显示约“0.3”T，再调节探头上下、左右位置，观察数字 显示值，把探头位置调节至显示值为最大的位置，此乃探头最佳位置，将其固定。 吊挂上洁净干燥的空样品管，调节使其正好与磁极中心线齐乎，(样品管不可与磁极 接触，并与探头有合适的距离)。松开探头并沿样品管外侧（不碰动）垂直上移至特 斯拉计显示 B＝0T 处，这也就是样品管内应装样品的高度。关闭电源前，应调节调 压旋钮使特斯拉计数字显示为零。 用莫尔氏盐标定磁场强度。按上述要求将一支洁净干燥的空样品管悬挂在磁天平的 挂钩上，打开电源，调节电流旋钮使特斯拉计数字显示为 0.000T( B0 )，准确称取空 样品管质量， 得 W空管1 ( B0 )； 调节旋钮， 使特斯拉计数显为 0.300T( B1 )， 迅速称量， 得 W空管1 ( B1 )；逐渐增大电流，使特斯拉计数显为 0.350T( B2 )，称量得 W空管1 ( B2 )； 然后略微增大电流，接着退至特斯拉计数显 0.350T( B2 )，称量得 W空管 2 ( B2 )；再将 电流降至特斯拉计数显为 0.300T( B1 )时，再称量得 W空管 2 ( B1 )；最后缓慢降至数显 为 0.000T( B0 )，又称取空管质量得 W空管 2 ( B0 )。这样调节电流由小到大，再由大 到小的测定方法是为了抵消实验时磁场剩磁现象的影响。由实验数据可求得
m
M
(3)
M M m
(4)
式中 、 M 分别是物质的密度和摩尔质量。 2.2 分子磁矩与磁化率 物质的磁性与组成物质的原子，离子或分子的微观结构有关，当原子、离子或分子的 两个自旋状态电子数不相等，即有未成对电子时，物质就具有永久磁矩。由于热运动，永久 磁矩的指向各个方向的机会相同，所以该磁矩的统计值等于零。在外磁场作用下，具有永久 磁矩的原子，离子或分子除了其永久磁矩会顺着外磁场的方向排列(其磁化方向与外磁场相 同，磁化强度与外磁场强度成正比)，表观为顺磁性外，还由于它内部的电子轨道运动有感
量纲为 Nm 1A 1(1N=1kg m/s2)， 单位是特斯拉， 以 T 表示； g 是重力加速度,为 9.80665m/s2； 。 磁感强度 B 可用“特斯拉计”测量，或用已知磁化率的标准物质进行间接测量。例如
－ —
用莫尔盐 [( NH 4 ) 2 SO4 FeSO4 6 H 2 O ] ,已知莫尔盐的 m 与热力学温度了的关系式为
F
H 0 0 H H
dH 1 0 HAdS 0 H 2 A dS 2
（10）
当样品受到磁场作用力时，天平的另一臂加减砝码使之平衡，设 W 为施加磁场前后 的质量差，则
1 0 H 2 A 2 1 F 0 H 2 A gm g (W空管＋样品 W空管 ) 2 W 由于 m ， , H B / 0 , 代入（11）式整理得 Ah F
顺
2 N 0 m 0 C 3KT T
(6)
式中 N 0 为阿佛加德罗常数；K 为波尔兹曼常数；T 为绝对温度。 物质的摩尔顺磁磁化率与热力学温度成反比这一关系，称为居里定律，是居里(P. Curie) 首先在实验中发现，C 为居里常数。 物质的永久磁矩 m 与它所含有的未成对电子数 n 的关系为
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邱金恒 图 1 古埃磁天平示意图
dH dF 0 HA度，对于顺磁性物质的作用力，指向 dS
场强度最大的方向，反磁性物质则指向场强度弱的方向，当 不考虑样品周围介质(如空气，其磁化率很小)和 H 0 的影响时，整个样品所受的力为
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磁化率的测定
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实验目的及要求 1.1 1.2 掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的原理和方法； 通过测定一些络合物的磁化率，求算未成对电子数和判断这些分子的配键类型。
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实验原理 2.1 磁化率 物质在外磁场作用下，物质会被磁化产生一附加磁场。物质的磁感应强度等于
(5)
第三种情况是物质被磁化的强度与外磁场强度不存在正比关系， 而是随着外磁场强度的 增加而剧烈增加，当外磁场消失后，它们的附加磁场，并不立即随之消失，这种物质称为铁 磁性物质。 磁化率是物质的宏观性质， 分子磁矩是物质的微观性质， 用统计力学的方法可以得到摩 尔顺磁化率 顺 和分子永久磁矩 m 间的关系