【精品课件】配合物的磁性-宋友
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第九章功能配合物之磁性配合物简介
(9-21)
式中，BJ(y)为布里渊函数：
(9-22) 其中， 当H/kT和y值较小时， 当H/kT非常大时，M趋近饱和磁化强度值: (9-24) (9-23)
表9-3-2 具有3dn高自旋过渡金属离子的基态原子谱项、 exp 单电子自旋-轨道耦合参数ζ3d、S、2[S(S+1)]1/2和 eff
(9-6)
当θ为负值时，为反铁磁性耦合 当θ为正值时，为铁磁性耦合 (9-7)
有效磁矩的定义为：
eff 3kT / N 2 g J ( J 1)
式中 g是朗德（Landé ）因子；k是玻耳兹曼常数；
N是阿伏伽德罗常数；β是玻尔磁子
3、范弗列克方程与磁化率
物质在磁场中产生的磁场强度与分子能态的关系为：
①在295 K下测定
3.2、 磁化率
Heisenberg-Dirac-Van Vleck (HDVV) 哈密顿算符 H ＝ ̶ J SA ·SB J为交换常数，表示磁耦合作用的强度 J值为负时，表示反铁磁性耦合作用 J值为正时，表示铁磁性耦合作用 体系的总自旋为： S2 = SA2 + SB2 + 2SA ·SB 哈密顿算符可变换为 H ＝ ̶ J (S2 - SA2 - SB2)/2 (9-26) (9-27) (9-25)
M E / H
(9-8)
如果在磁场中每个分子具有不同的能级分布En (n = 1, 2, …) 则每一个能级可定义一个微观磁矩： n En / H 磁性粒子在每个能级上的分布符合玻耳兹曼（Boltzmann） 分布规律：
(9-9)
Ni / N j exp(Ei / kT )
1S 0 2F 5/2 3H 4 4I 9/2 5I 4 6H 5/2 7F 0 8S 7/2 7F 6 6H 15/2 5I 8 4I 15/2 3H 6 2F 7/2 1S 0
无机化学PPT 第十一章 武汉大学等高校 宋天佑
配体前面用 二、三、四 … … 表示该配体的个数；
几种不同的配体之间加“· ”号隔开；配体与中心之间加
“合”字；中心后面加 ( )，内用罗马数字表示中心的价
态。
10
3 . 配体的先后顺序
（1）先无机后有机
（2）先阴离子后分子 （3）同类配体中，按配位原子在英文字母表中的次序。 （4）配位原子相同，配体中原子个数少的在前 （5）配体中原子个数相同，则按和配位原子直接相连的
三角双锥
三角双锥 正八面体 正八面体
Fe(SCN)52－
Fe(CO)5 Co(NH3)62＋ Co(NH3)63＋ 16
11－2－2
中心价层轨道的杂化
若中心参与杂化的的价层轨道属同一主层，即中心采取
ns np nd杂化，形成的配合物被称为外轨型配合物；若中
心参与杂化的的价层轨道不属同一主层，即中心采取(n－ 1)d ns np杂化，形成的配合物被称为内轨型配合物。
CoCl3∙5NH3、CoCl3∙5NH3∙H2O、CoCl3∙4NH3。同是氯化
化学家曾提出各种假说，但都未能成功。直到1893年，瑞 士化学家维尔纳（A．Werner）发表的一篇研究分子加合 物的论文，提出配位理论和内界、外界的概念，标志着配
钴，但它的性质不同，颜色也不一样。为了解释上述情况，
位化学的建立，并因此获得诺贝尔化学奖。
解： E晶 ＝ ( － 4 Dq )×5 ＋ 2p ＝ － 20 Dq ＋ 2P
CFSE ＝ E球 － E晶 ＝ 0－ (－20 Dq ＋ 2P) ＝ 20 Dq – 2P ＝ 2△– 2P
（1）晶体场的对称性：△p > △o > △t
（2）中心离子电荷数：电荷高，与配体作用强，△ 大。 △ [ Fe(CN)63－ ] > △ [ Fe(CN)64－ ] （3）中心原子所在周期数：周期数大，△ 相对大些。 △ [ Hg(CN)42－ ] > △ [ Zn(CN)42－ ]
几种不同的配体之间加“· ”号隔开；配体与中心之间加
“合”字；中心后面加 ( )，内用罗马数字表示中心的价
态。
10
3 . 配体的先后顺序
（1）先无机后有机
（2）先阴离子后分子 （3）同类配体中，按配位原子在英文字母表中的次序。 （4）配位原子相同，配体中原子个数少的在前 （5）配体中原子个数相同，则按和配位原子直接相连的
三角双锥
三角双锥 正八面体 正八面体
Fe(SCN)52－
Fe(CO)5 Co(NH3)62＋ Co(NH3)63＋ 16
11－2－2
中心价层轨道的杂化
若中心参与杂化的的价层轨道属同一主层，即中心采取
ns np nd杂化，形成的配合物被称为外轨型配合物；若中
心参与杂化的的价层轨道不属同一主层，即中心采取(n－ 1)d ns np杂化，形成的配合物被称为内轨型配合物。
CoCl3∙5NH3、CoCl3∙5NH3∙H2O、CoCl3∙4NH3。同是氯化
化学家曾提出各种假说，但都未能成功。直到1893年，瑞 士化学家维尔纳（A．Werner）发表的一篇研究分子加合 物的论文，提出配位理论和内界、外界的概念，标志着配
钴，但它的性质不同，颜色也不一样。为了解释上述情况，
位化学的建立，并因此获得诺贝尔化学奖。
解： E晶 ＝ ( － 4 Dq )×5 ＋ 2p ＝ － 20 Dq ＋ 2P
CFSE ＝ E球 － E晶 ＝ 0－ (－20 Dq ＋ 2P) ＝ 20 Dq – 2P ＝ 2△– 2P
（1）晶体场的对称性：△p > △o > △t
（2）中心离子电荷数：电荷高，与配体作用强，△ 大。 △ [ Fe(CN)63－ ] > △ [ Fe(CN)64－ ] （3）中心原子所在周期数：周期数大，△ 相对大些。 △ [ Hg(CN)42－ ] > △ [ Zn(CN)42－ ]
最新第15章节物质的磁性ppt课件
一个周期扫过的面积：
S d S T 1 r 2d t 1T m r 2d t 1T L d t L T
02 2 m 0
2 m 0 2 m
因此
miS e L
2me
二、量子表示式
mn e 2me
nmB
mB
e 2me
—— 玻尔磁子
三、分子电流和分子磁矩
分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子或原子中 各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆 电流表示，统称为分子电流。
1
H＝ Ir2
2R
2
1
由B＝H，得
B＝ 0 2
Ir2 R2
1
（3）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是r3，以r3
为半径作一圆，根据安培环路定理,考虑到环路中所包围的 电流的代数和为零，所以得
H
d
l
H
2r3
0
d
l
0
即 H 0
或 B0
§15.5 铁磁质
与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：
(1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。 (2)相对磁导率和磁化率 不是常数，而是随外磁场的变化而 变化；具有磁滞现象，B、之H 间不具有简单的线性关系。
分子磁矩：把分子所具有的磁矩统称为分子磁矩，用符
号 表m示。
电子的进动：在外磁场 的B作0 用下，分子或原子中和每
个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原 子中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子 除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要 附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进 动。
第15章节物质的磁性
【学习目的】
1、了解顺磁质、抗磁质和铁磁质磁化过程的宏观特征和规 律。 2、了解原子的磁矩及磁介质的磁化过程。
配合物的磁性宋友.pptx
图7 变温磁性，室温下MT =
2.61 cm3 K/mol, C = 0.125
(2.22 1/23/23+ 221/23/22) = 2.11 cm3 K/mol， 铁磁性交换。
铁磁体降温过程是 Si (Si 1) 到 S j (S j 1) ST (ST 1)的过程，其中
i
j
i>j，但 ST (ST 1)>> Si (Si 1) 比如两个Cu2+离子形成一个磁畴。
12
Cp
0.2
m'
m''
11
长程有序，Neel温度
10
0.1
9
8
0.0
7
0
5
10
15
20
T/K
6 123456789 T/K
图11 交流信号和比热测试
第20页/共44页
图12 比热测试确定相变： 左图：Inorg. Chem. 2005, 44, 5322 右图：Inorg. Chem. 2005, 42, 8572.
第17页/共44页
铁磁体和亚铁磁体的交流磁性
m' / emu G mol-1 m'' / emu G mol-1
1.0
4.0
3.5 0.8
3.0
0.6
2.5
2.0
0.4
1.5
1.0
0.2
0.5
0.0
0.0
-0.5
20 30 40 50 60 70 80
30
40
50
60
T/K
T/K
图9 铁磁体和亚铁磁体的交流信号通常没区别。
5000 0
配合物的磁性全解
剩磁，这样的材料叫做硬磁性材料。制永磁体 2.软磁性材料：外磁场撤去后，没有的剩磁
，这样的材料叫做软磁性材料。如：制电磁铁 3.矩磁材料：矩磁材料的磁滞回线接近于矩
形 算，机特的“点记是忆剩”磁元Br接件近。饱和值BS。可作电子计
“磁性”的发现历程： 任何物质都具有磁性，磁性是物质的一种基本性质。
零场冷却磁化强度(ZFCM)、场冷却磁化强度(FCM)
场冷(fieldcooling，FC):加磁场后降温测试M(or极 化率)随T的变化关系。如为超顺磁或顺磁则在加 场后磁矩趋向一致； 零场冷(zerofieldcooling,ZFC)先将样品的温度降 至样品的临界温度(Tc),再外加磁场,测量样品升温 过程磁矩对温度的变化。 两曲线经常放在一个图中比较，如果两者重合， 则说明可能是超顺磁性。 零场冷和场冷中的磁矩通常被用来决定超导转变 温度Tc
M 是摩尔磁化率(emu mol-1, cm3 mol-1)，H是磁场
强度(G, Oe, T)
M
Ng
2
2 B
3k T
S(S 1)
C T
C居里常数。NB2/3k = 0.125 emu K mol-1，所以： C = 0.125g2S(S+1) = MT(室温) = 常数
M = 1M + 2M + 3M + ··· =iM = (Ng2β2/3kT)Si(Si+1)
0.2
1.0
0.1
0.9
0.0 0
0.8 50 100 150 200 250 300
T/K
图24 MT是一直线，拟合结果：g
= 2.05, J = -0.0355 cm-1
T / emu mol-1 M
，这样的材料叫做软磁性材料。如：制电磁铁 3.矩磁材料：矩磁材料的磁滞回线接近于矩
形 算，机特的“点记是忆剩”磁元Br接件近。饱和值BS。可作电子计
“磁性”的发现历程： 任何物质都具有磁性，磁性是物质的一种基本性质。
零场冷却磁化强度(ZFCM)、场冷却磁化强度(FCM)
场冷(fieldcooling，FC):加磁场后降温测试M(or极 化率)随T的变化关系。如为超顺磁或顺磁则在加 场后磁矩趋向一致； 零场冷(zerofieldcooling,ZFC)先将样品的温度降 至样品的临界温度(Tc),再外加磁场,测量样品升温 过程磁矩对温度的变化。 两曲线经常放在一个图中比较，如果两者重合， 则说明可能是超顺磁性。 零场冷和场冷中的磁矩通常被用来决定超导转变 温度Tc
M 是摩尔磁化率(emu mol-1, cm3 mol-1)，H是磁场
强度(G, Oe, T)
M
Ng
2
2 B
3k T
S(S 1)
C T
C居里常数。NB2/3k = 0.125 emu K mol-1，所以： C = 0.125g2S(S+1) = MT(室温) = 常数
M = 1M + 2M + 3M + ··· =iM = (Ng2β2/3kT)Si(Si+1)
0.2
1.0
0.1
0.9
0.0 0
0.8 50 100 150 200 250 300
T/K
图24 MT是一直线，拟合结果：g
= 2.05, J = -0.0355 cm-1
T / emu mol-1 M
第1讲 配合物的基础知识
《配位化学》 杨帆、林纪筠等 华东师范大学出版社
《配位化合物的结构和性质》 游效曾编著 科学出版社 《配位化学的创始与现代化》孟庆金、戴安邦等 高等教育出版社 《配合物化学》 张祥麟编著 高等教育出版社 《配位化学》 杨昆山编 四川大学出版社
《现代配位化学》 徐志固 化学工业出版社
《高等无机化学》 陈慧兰主编 高等教育出版社
配阴离子
K4[Fe(CN)6]
中心 配位体 外界 原子
内 界 配合物
[PtCl2(NH3)2] 无外界
中心原子价态为0 Ni(CO)4
16
洛阳师范学院
1. 中心原子（中心离子） (1) 定义：配合物的形成体，提供接受孤电子对或 不定域电子的空轨道。 过渡金属阳离子
(2) 中心原子类型：
电中性金属原子 阴离子
2+ CH2-H2N Cu CH2-H2N NH 2-CH2 NH 2-CH2
配合物分为简单配合物、螯合物和特殊配合物三种， 特殊配合物又可进一步分为金属有机配合物、簇合物、 和多酸配合物等。
28
洛阳师范学院
1. 简单配合物：
中心原子与单齿配体键合 形成的配合物。 2+ H3N 如:[Cu(NH3)4]2+ NH 3
洛阳师范学院
课程内容安排
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 配位物的基础知识 配合物的立体结构 配合物的化学键理论 配合物的合成 配合物在溶液中的稳定性 配合物的电子光谱和磁学性质 配合物的反应动力学 有机金属化合物
1
洛阳师范学院
主要参考书目
《配位化学》罗勤慧、沈孟长编 戴安邦审校 江苏科学技术出版社
7
洛阳师范学院
第六章配合物结构化学课件
• π键配位体:利用成键的π电子和反键的空 轨道同时和金属离子配位的配位体
配合物的磁性
磁 性：物质在磁场中表现出来的性质。 顺磁性：被磁场吸引的性质 µ > 0 , n > 0 。 例如：O2，NO，NO2等物质具有顺磁性。 反磁性：被磁场排斥的性质 µ = 0 , n =0 。 大多数物质具有反磁性。 铁磁性：被磁场强烈吸引的性质。例如： Fe，Co，Ni属于铁磁性物质。
K3[Fe(CN)6]
Fe3+：
3d5
µ =2.40
n=1
配合物的空间构型
配合物分子或离子的空间构型与配位数的 多少密切相关。 配位数
2 4 6 4 4 6 2
空间构型 直线形
四面体 平面正方形 八面体
NiCl2 4
Ni(CN) 2 4
例
Ag(NH3 ) 2
Fe(CN)3 6
空间构型 例
纯自旋磁矩： n(n 2)
为玻尔磁子 n —— 未成对电子数
e
e
物质的磁性与内部的电子自旋有关。若 电子都是偶合的，由电子自旋产生的磁效应 彼此抵消，这种物质在磁场中表现反磁性； 反之，有未成对电子存在时，才会在磁场中 显示磁效应。
2 S (S 1) n(n 2)
例, 实验测得Co(CN)63－和CoF63－均有正八面体的结构且磁 矩分别为0和4.9 B.M.
Co 3d74s2: Co3＋ 3d6： 配位后, CoF63－：
6F－
sp3d2 在CoF63－中, 杂化轨道的类型为sp3d2, 配离子有4个单电子, 显顺磁性, 为外轨型配合物(也叫电价配合物)。 6CN－ Co(CN)63－： d2sp3 在Co(CN)63－中, Co3＋中心离子以d2sp3杂化轨道成键, 配离子 没有成单电子, 显抗磁性, 为内轨型配合物(也叫共价型配合物)。
配合物磁性研究
配合物的磁性研究进展近年来配合物的研究非常广泛，特别是功能簇基配合物在分子与离子交换、吸附、选择性催化、光电子与分子基磁性材料应用等方面表现出巨大的潜在应用价值。
随着分子基磁性材料近年来的兴起，已在很多方面取得了突破性的进展，而3d金属簇合物可以表现出不同寻常的结构和应用性能，像铁、钴、镍的合成具有很大的随机性。
在该领域中，基于配体设计的簇基配合物设计广泛的运用于合成具备催化活性的结构、新材料的设计以及生物-无机化学模型制备等等。
很多研究者以设计优良的前驱配体、构筑单元出发，通过进一步分子自组装得到结构新颖的具备独特的理化性质的单分子磁体材料，而这些设计合成往往是基于一些偶然例子所积累的经验。
单分子磁体类型的簇基金属配合物的分子组装机制将会是一大方向。
单分子磁体的组装就有必要去研究单分子磁体的一些性质，单分子自旋电子学，单分子磁体结构和化学性质的表征工具和表征方法，顺磁性多核金属化合物中的磁各向异性等等。
从而定向组装合成单分子磁体簇合物，研究其性质，将会涉及多个学科，但是对簇基配合物来说是相当有意义的。
1．自旋电子研究及应用自旋电子学将会涉及各种学科领域，装置物理学、合成化学、表面学。
这些包括有在机半导体、单分子、分子的量子计算、高分子材料、表面有机自由分子、自旋偏极化扫描隧道显微镜(SP-STM)中的电子自旋运行探究。
在有机物中，可以减少一些不必要的操作，只需要研究电子的进入与探测。
电子偏振P n概念的引入以及自旋弛豫时间和自旋弛豫长度ι S=μτ S、隧道连接对有机物电子的进入有非常大的帮助，克服了无机半导体材料中许多进入困难。
有机物自旋电子的研究先研究自旋运行的机理：ι S—τ S表明有机物占据长的弛豫时间。
自旋轨道的相互作用对无机半导体来说是非常重要的，而对有机物中介中则没有那么重要。
正是因为自旋轨道的相互作用，允许了自旋操作和光学自旋探测。
但是并不是所有的在无机物中适用探测技术都能对有机物适用。
chapter 4 电子光谱和磁性
根据量子化学计算证明，组态为dn的自由 离子，无论采用弱场还是强场处理,所得结果完 全一样，最终产生的配位场谱项的数目和性质都 是相同的。
弱场方案处理d2电子组态的能级分裂情况
d2 组态的电子相互作 用下分裂为五个能级: 1S ＞ 1G＞ 3P＞ 1D＞ 3F, 且这 些光谱项在八面体配位场 中变为:
3 基谱项
同一电子组态中能量最低的谱项称为基谱项。
基谱项可以根据Hund规则确定:
⑴同一组态中 ，S最大的谱项能量最低;
⑵当S相同时，L最大的谱项能量最低.
根据Hund这两个规则，可以迅速求得基谱 项。但其它谱项能量的高低却不能确定，只能由 量子力学计算来确定。
表4-3 dn组态的基谱项
组态 d1 d2 d3 举例 Ti3+ V3+ Cr3+ ml
580~595
595~605 605~750
黄
橙 红
蓝
绿蓝 蓝绿
1-1 配位场光谱
配位场光谱是指配合物中心离子的电子光谱。 这种光谱是由d电子在d电子组态衍生出来的能 级间跃迁产生的, 所以又称为d-d跃迁光谱或电 子光谱。这种光谱有以下三个特点： ①一般包含一个或多个吸收带； ②强度比较弱, 这是因为d－d跃迁是光谱选律 所禁阻之故； ③跃迁能量较小, 一般出现在可见区, 所以许多 过渡金属配合物都有颜色。
1-4 异性离子光谱
异性离子是指处于内界的阴离子或处于外 界的阴离子，许多简单的阴离子如Cl-、SO42-、 ClO4-，在可见-紫外区不吸收。但是，在这些 离子中只有ClO4-不与金属离子生成稳定的配 合物。很多含氧阴离子如NO3-、NO2-在紫外区 都有较强的吸收峰。在分析配合物光谱图时要 特别注意。
配合物的磁性
eff B g
S (S 1)
M
2 Neff
3kT
eff 2.828 MT B
• 低温下引入另一个常数(Weiss constant)，则 M = C/(T- ) 即Curie-Weiss定律
0.7 0.6 0.5
-1
1.5
3.0
1.4 1.3
2.5
3. 常见的磁性类型
4.5 4.0 3.5 3.0 2.5
M / NB
2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5
H
Diamagnet Antiferromagnet Paramagnet with antiferromagnetic coupling Paramagnet Paramagnet with ferromagnetic coupling Metamagnet Ferrimagnet Ferromagnet
3.1抗磁体 抗磁性是所有物质的根本属性，起源于成 对电子与磁场的相互作用。当物质放置在磁场 中时，如果物质磁化产生的感生磁矩的方向与 外磁场相反，即物质内部的磁力线密度减小， 那么这 种物质是抗磁的，摩尔磁化率为负值。 抗磁磁化率与温度无关，但有加和性。即分 子的磁化率等于组成该分子的原子和化学键的 磁化率之和。
3*通过变场磁化率可以进一步确认磁作用。反铁磁的一般是一条 直线，铁磁和亚铁磁的都是迅速趋于饱和，而变磁的是S形的。其他 的还有spin-canting,spin-flop等现象。
3.4 铁磁体↑↑↑↑↑↑↑
（1）磁畴：铁磁性物质的结构是由很多已经磁化 的小区域组成，这些磁化的小区域叫做“磁畴”。 现代探测技术证明了磁畴的存在，磁畴的大小 约为10-4～10-7m。 （2）磁化前：各个磁畴的磁化方向不同，杂乱无 章地混在一起，各个磁畴的作用在宏观上互相抵 消，物体对外不显磁性。
7配合物的磁性与内轨型、外轨型配合物的确定
[Ni(CN)4]2- 配位数为 4，中心Ni2+为dsp2杂化，平面正方形
2 [FeF6]3-
配位数为 6，中心Fe3+为)6]3- 配位数为 6，中心Fe3+为d2sp3杂化，正八面体
问题：当配位数与杂化 方式及空间构型不是唯 一关系时，该如何判断?
利用配合物的磁性！
顺磁性 物质
分子或离子中有未成对电子，成单电子旋转所产生 的磁矩不会被抵消，并在外磁场作用下取向，从而 加强了外磁场的强度。
特点：有成单电子，被外磁场吸引
PPT编号13-3-2-3
配合物的磁矩与未对电子数的关系 由于物质的磁性主要来自于自旋未成对电子，显然顺
磁性物质中未成对电子数目（n）越大，磁矩越大，并符 合下列关系：
已知配合物磁矩 ( μm = 5.9 μB )，则配合物中心离子的 未成对电子数 ( n ) 为 5。
由此可推断出中心 离子 Fe3+ 的 d 电子未发生重排，故 中心 离子 Fe3+ 采取 sp3d2 杂化。
因此，[FeF6]3- 的空间构型也为八面体，属于外轨 型配合物。
PPT编号13-3-2-2
有成单电子被外磁场吸引ppt编号13322ppt编号13323配合物的磁矩与未对电子数的关系由于物质的磁性主要来自于自旋未成对电子显然顺磁性物质中未成对电子数目n越大磁矩越大并符合下列关系
二、配合物的磁性
PPT编号13-3-2-1
1 [NiCl4]2-
配位数为 4，中心Ni2+为sp3杂化，正四面体
PPT编号13-3-2-7
• 晶体场理论 • 分子轨道理论
配合物价键理论缺陷： 没有阐明配位键的本质， 不能定量的比较配合物 的稳定性，不能解释配 合物的颜色。
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Mˆ Hˆ
M 是磁化率(emu mol-1, cm3 mol-1)，H是磁场强度
(G, Oe, T)
MN 3k2 gT B 2 S(S1)
C T
C居里常数。NB2/3k = 0.125 emu K mol-1，所以： C = 0.125g2S(S+1) = MT(室温) = 常数
M = 1M + 2M + 3M + ··· =iM = (Ng2B2/3kT)Si(Si+1)
benzoquinone, A = TCNQ, A = TCNE
Nature 2007, 445, 291
Tc
405, 480, 440
[{Ru2(O2CPh-m-F)4}2(BTDA-TCNQ)]
Angew 2008, 47, 7740
KVII[CrIII(CN)6]
V(tcne)2·0.5CH2Cl2
配合物的磁性 （磁性基础知识）
数
文
S C I论
磁性材料（无机和分子基）
5000 4000 3000 2000 1000
0 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
1975年-2011年2月以“磁性(magnetic)”和“材料 (materials)”为关键词的SCI论文数。
1. 量子力学基础
量子力学认为原子中任一电子的状态可以用n, 和s四个量子数来描述:
l,
ml
主量子数n，n = 1,2,…，决定原子中电子的能 量
角量子数l，l = 0,1,2,…,n-1，决定电子绕核运 动的角动量的大小
磁量子数ml，ml = 0,± 1,± 2,…,± l，决定电 子绕核运动的角动量在外磁场中的取向
[CrII0.36CrIII1.76(CN)6] ·2.8H2O
CrII3[Cr (CN)6]2·10H2O, Cs0.75[Cr 2.125(CN)6]·5H2O
(Et4N)0.5Mn1.25[V(CN)6] ·2H2O, Cs2MnII[VII(CN)6]
Phthalocyanine-Mn (2D)
JACS 2011, 133, 15113
107 376 350-400 315 315 310 270 240, 190 230, 125 150
(VIVO)3[CrIII(CN)6]2·10H2O [Mn2(tea)Mo(CN)7]
115 IC 2003, 42, 1625; JACS 2007, 129, 13872 106
4. 常见的磁性类型
M / N B
4 .5 4 .0 3 .5 3 .0 2 .5 2 .0 1 .5 1 .0 0 .5 0 .0 -0 .5
H
D iam ag n et
A n tiferro m ag n et
e ffB g S ( S 1 ) M N 3 k e 2 fT f e f2 f.82 M T 8 B
低温下引入另一个常数(Weiss constant)，则 M = C/(T- )
即Curie-Weiss定律
3. 磁性测定种类
变温磁化率：M-T
变场磁化强度：M-H
交流磁化率：'-T， -T
分子磁体合成中常用的配体
桥联配体：O (OH, H2O)，CN-，N3-，咪唑， 三氮唑，四氮唑等等
特殊结构要求的限制配体：任何含多个给 体原子的螯合配体。通常用于低维磁体的 合成。三维磁体则需要小的配体，和上述 桥配体类似。
相转变温度在100K以上的分子基磁体
化合物
Ni2A(O)x(H2O)y(OH)z : A = DDQ (2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-
Lˆ lˆi Sˆ sˆi
i
i
Jˆ LˆSˆ
g 1 S ( S 1 ) J ( J 1 ) L ( L 1 ) 3 S ( S 1 ) L ( L 1 )
2 J (J 1 )
2 2 J ( J 1 )
ˆ gBJˆ
2. Curie-Weiss 定律
无序的自旋电子在没有外磁场作用下，净自旋为零； 在外磁场作用下沿磁场方向排列产生净自旋，宏观上 称为M(磁化强度, emu G mol-1, cm3 G mol-1 )
低 维 磁 体 ： 磁 各 向 异 性 强 的 离 子 ， 如 Co(II) ， Mn(III)，低自旋的Fe(III)等。稀土离子具有非常 强的旋轨偶合和磁各向异性，但f电子耦合作用很 弱 ， 目 前 见 到 真 正 的 低 维 磁 体 还 很 少 。 Dy3+ 、 Tb3+、U4+等单核化合物可以显示磁体的性质。
Science 1991, 252, 1415
Cs0.82VII0.66[VIVO]0.34[CrIII(CN)6]0.92[SO4]0.203·3.6H2O
VII0.42VIII0.58[CrIII(CN)6]0.86·2.8H2O VII0.45VIII0.53[VIVO]0.02[CrIII(CN)6]0.69[SO4]0.23·3H2O·0.02K2SO4
自旋量子数ms，ms = ± 1/2，决定电子自旋角 动量在外磁场中的取向
通常情况下描述一个原子的磁矩：
对于只有一个电子的原子： ˆgBsˆ
B = he/4mc = 9.27410-24 J T-1 (玻尔磁子)
对多个电子的原子： ˆgBsˆi gBSˆ
i
当有轨道贡献时,自旋轨道发生偶合,则:
记录密度 Mbit / in2
产品年代
最新报道的研究数据： 1000 G/in2
IBM公司硬盘驱动器存储密度发展趋势 Stipe, B.C. et al Nature Photonics 2010, 5, 1
与磁性相关的金属离子
用于三维有序分子磁体的合成：以第一过渡系金 属离子为主，V～Cu。稀土离子是近几年研究的 又一热点，但性质不好。
软磁、永磁、磁记录材料在市场上的占有率。
J. M. D. Coey, J. Alloys and Compounds, 2001, 326, 2. 按产量：永磁>软磁>磁记录 按产值：永磁<软磁<磁记录
产品年代 2004 2007 2010 记录密度 100 200 500 G/in2
存储密度接近现有技术的极限