磁化率的测定

结构化学实验报告题目：磁化率的测定

报告作者：

学号：

班级：级化教班

指导老师：彭斌老师

实验时间：年月日

磁化率的测定

一、【实验目的】

1．掌握古埃（Gouy ）磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。

2．通过对一些配合物磁化率的测定，计算中心离子的不成对电子数．并判断d 电子的排布情况和配位体场的强弱。

二、【实验原理】

（1）物质的磁性

物质在磁场中被磁化，在外磁场强度H(A ·m-1)的作用下，产生附加磁场H'。这时该物质内部的磁感应强度B 为外磁场强度H 与附加磁场强度H'之和： B ＝H 十H'＝H+4πI=H 十4πκH (1)

式中，I 称为体积磁化强度，物理意义是单位体积的磁矩，式中的κ=I/H 称为物质的体积磁化率、表示单位体积物质的磁化能力，是无量纲的物理量。I 和κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ，σ=I/ρ称为克磁化强度；χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。Χm=κM/ρ称为摩尔磁化率（M 是物质的摩尔质量）。这些实验数据都可以从实验测得，是宏观磁性质。在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm ，铁磁性研究中常用到I 、σ。 不少文献中按宏观磁性质，把物质分成反磁性物质、顺磁性物质和铁磁性物质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质几类。其中顺磁性物资的χm>0而反磁性物质的χm<0。 （2）古埃法（Gouy ）测定磁化率 古埃法是一种简便的测量方法，主要用在顺磁测量。简单的装置包括磁场和测力装置两部分。调节电流大小，磁头间距离大小，可以控制磁场强度大小。测力装置可以用分析天平。为了测量不同温度的数据，要使用变温、恒温和测温装置。

样品放在一个长圆柱形玻璃管内，悬挂在磁场中，样品管下端在磁极中央处，另一端则在磁场强度为零处。

样品在磁场中受到一个作用力。

HAdH

dF κ=

式中，A 表示圆柱玻璃管的截面积。 样品在空气中称量，必须考虑空气修正，即

HAdH dF )(0κκ-=

κ0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是个积分问题：

⎰--==0)

(21

20200H H H H A HdH A F κμκμ

因H0<

21

AH F κ=

式中，F 可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。

g m m )(F 空样∆-∆=

式中，Δm 样为样品管加样品在有磁场和无磁场时的质量差；Δm 空为空样品管在有磁场和无磁场时的质量差；g 为重力加速度。

则有，

22AH F =

κ

而

ρκχM m =

，Ah 样品

m

=ρ，h 为样品高度，A 为样品管截面积，m 样品为样品质量。

22)(2Ah 2H m ghM m m m AH F

M m 样品空样样品∆-∆=

==ρκχ①

只要测量样品重量的变化，磁场强度H 以及样品高度h ，即可根据公式①计算样品的摩尔磁

化率。

在实际工作中是采用已准确知道磁化率数值的校准样品来标定磁场，根据①式：

校准剂样品

校准剂样品样品校准剂空校准剂空品样校准剂样品h h

M M m m m m m m ⨯⨯⨯∆-∆∆-∆=)()m (χχ②

校准剂

校准剂

样品校准剂样品样品校准剂空校准剂空品样样品χχh h M M m m m m m m ⨯⨯⨯∆-∆∆-∆=)()m (③

常用的校准样品有（NH4）2SO4 FeSO4·6H2O （莫氏盐）、HgCo （CNS ）4、Ni （en ）3S2O3。其中，（NH4）2SO4 FeSO4·6H2O 的磁化率符合公式：

4

1011938

.1-⨯+=

T χ④

式中，T 是绝对温度。

（3）简单络合物的磁性与未成对电子

对于第一过渡系列元素络合物，它们的磁矩实验值大多符合

⑤

式中，n 是分子中未成对电子数；μB 是电子磁矩的基本单位，称为波尔磁子。

T J mc eh

B /10274.9424-⨯==

πμ⑥

而磁矩μm 与摩尔顺磁磁化率χm 之间有如下关系：

7

2

1043-⨯⨯=πμ

χKT N m A m ⑦

式中，NA 为阿伏伽德罗常数；K 为波兹曼常数；T 为绝对温度。

根据⑦式可以利用测量出的物质的摩尔顺磁化率χm 计算出μm ，然后根据⑤式计算样品的未成对电子数。若测得的χm<0则表示物质是反磁性物质，未成对电子数为零。

三、【仪器及试剂】

（1）仪器磁天平(上海复旦天欣科教仪器有限公司50026)一台，样品管一支，直尺一把，温度计一支。

（2）试剂莫尔氏盐（NH4）2SO4 FeSO4·6H2O，分析纯；硫酸亚铁FeSO4·7H2O，分析纯；亚铁氰化钾K4Fe（CN）6·3H2O，分析纯。

四、【实验步骤与数据记录】

标定磁场强度方法如下：

（1）取一支清洁干燥的样品管悬挂在磁天平的挂钩上，称质量得m空。

（2）调节磁天平电流开关，由小至大调节至指定位置1A，测质量得m空1。

（3）继续调大电流开关至3A，测质量得m空2。

（4）继续升高电流至4A，停留一定时间（稳定读数），然后调小电流从4A回到3A，测质量得m空2’。

（5）继续调小电流回到1A，测得质量得m空1’。

（6）关闭电流测质量得m空’。

表1 数据记录表（空管）

电流/A 空管质量/g Δm空/g

I（电流升高）II（电流降低）平均值

0 16.3516 16.3516 16.3516

1 16.3517 16.3514 16.35155 -0.00005

3 16.351

4 16.3513 16.3513

5 -0.0002

（7）装入已经研细的莫氏盐，装样尽量填实，样品要装至距离管口约1~2cm处，用直尺测量装样的高度，将样品管放入磁天平，按照空管的测量方法测量样品管的重量。

表2 样品：莫氏盐，装样高度：13.5 cm

电流/A 空管+样本质量/g Δm /g

I（电流升高）II（电流降低）平均值

0 28.4009 28.4006 28.40075

1 28.4046 28.4046 28.4046 0.00385

3 28.4312 28.4323 28.43175 0.02715

（8）倒出样品管中的莫氏盐，将样品管清洗干净，吹干。装入研细的硫酸亚铁，装样高度和莫氏盐尽量相同，用同样的方法测量硫酸亚铁的数据。

表3 样品：硫酸亚铁，装样高度：13.4 cm

电流/A 空管+样本质量/g Δm /g

I（电流升高）II（电流降低）平均值

0 29.0040 29.0037 29.00385

1 29.009

2 29.0097 29.00945 0.0056

3 29.0488 29.0491 29.04895 0.03905

（9）倒出样品管中的硫酸亚铁，将样品管清洗干净，吹干。装入研细的亚铁氰化钾，装样高度和莫氏盐尽量相同，用同样的方法测量亚铁氰化钾的数据。

表4 样品：亚铁氰化钾，装样高度：13.5 cm

电流/A 空管+样本质量/g Δm /g

I（电流升高）II（电流降低）平均值