实验十 配合物(络合物)磁化率的测定

实验十 配合物（络合物）磁化率的测定

一、目的要求

1．掌握用Gouy 法测定配合物磁化率的原理和方法

2．通过配合物磁化率的测定，计算其中心金属离子的未成对电子数，并判断配合物中配键 的键型

二、实验原理

1．磁（介）质的摩尔磁化率χM

磁（介）质分为：铁磁质（Fe 、Co 、Ni 及其化合物）和非铁磁质。

非铁磁质分为：反磁质（即反磁性物质）和顺磁质（即顺磁性物质），顺磁质中含有未成对电子。

在不均匀磁场中，反磁质受到的磁场作用力很小，该作用力由磁场强度大的地方指向磁场强度小的地方。所以，本实验中反磁质处于不均匀磁场中时的质量比无外磁场时的稍小一点；而顺磁质受到的磁场作用力较大，作用力由磁场强度小的地方指向磁场强度大的地方。即，本实验中顺磁质处于不均匀磁场中时的质量比无外磁场时的质量有明显增大。 化学上人们感兴趣的是非铁磁质。非铁磁质中的反磁质具有反磁化率，顺磁质同时具顺磁化率和反磁化率，但其顺磁化率（正值）远大于其反磁化率（负值）。所以，对顺磁质而言，其摩尔磁化率：

χM = χμ（摩尔顺磁化率）+ χ0（摩尔逆磁化率）≈ χμ

而)1(20

2

-=

W W H gMh H

M χ（在本实验中χμ的单位为：cm 3·mol -1） 上式中，g 为重力加速度（SI 单位为：m·s -2）， H 为磁场强度（单位为：Oe ，读作“奥斯特”），在本实验的计算中其值也可消去，亦不必考虑其取值的大小及单位；M 为样品的摩尔质量，在本实验的计算中其单位取g/mol ；h 为样品管中所装样品粉末的高度，在本实验的计算中其单位取cm ；W H 为有外加磁场时“样品+试管”的质量与“空试管”的质量之差，单位为g ；W 0为无外加磁场时“样品+试管”的质量与“空试管”的质量之差，单位为g 。 2．磁场强度H 的标定

若已知某样品的磁化率，则可通过实验利用下式求出对应的磁场强度。

)1(20

2

-=

W W H g M h H M χ （cm 3·mol -1

） 同理，若已知某样品的比磁化率（即单位质量磁介质的磁化率）χm （m 3·kg –1，或cm 3·g -1），则亦可通过实验利用下式求出对应的磁场强度。

)1(20

2

-=

W W H gh H

m χ 已知莫尔盐（六水合硫酸亚铁铵晶体）的比磁化率仅是热力学温度T /K 的函数，具体关系为：

πχ41

105.96

⨯+⨯=-T m （m 3·kg –1）（其中，热力学温度T 的单位K 已预先消去了）

而根据SI 制与CGS 制的换算，有：1331

3

1041

1---⋅⨯=

⋅g cm kg

m π

所以， 1

105.93

+⨯=-T m χ （cm 3·g –1）

因此，只要在一定温度下，用莫尔盐进行测定，即可由下式求出磁场强度的平方。 )1(105.9)1(20

32

-⨯⨯+=

-W W T gh H H

表面上看，本实验似乎需要求出磁场强度的平方用于后续计算，但实际上，在具体的数据处理中我们并不由上式求出具体数值，因为有些量可以消去（见后面的讨论）。式中W 的意义见实验步骤部分。 3．样品的摩尔磁化率χM 的测定

)1(20

2

-=

≈W W H gMh H

M μχχ（式中M 为样品的摩尔质量，单位g/mol ） =

03

02(/)[()1]9.5102(1)[(

)1]H H W gM g mol h W W gh T W --⨯⨯+-，样

样样，样

，莫

莫，莫

=

03310[(

)1]9.510()

(1)[()1]

H H W M h W cm mol W

h T W ---⨯⨯⋅+-，样

样样，样

，莫莫，莫（注意：顺磁质χM >0，反磁质χM <0） 可见，只要测出样品管中有关样品（两个样品以及莫尔盐）的高度，样品在有外磁场时的质量、样品在无外磁场时的质量，即可求出样品的摩尔磁化率，而不需计算磁场强度的平方。

4．求样品的永久磁矩μm

将上述计算所得的χM （cm 3·mol –1）代入下式，可得永久磁矩的平方值。

M

M m

K T L kT χχμ23

162

10023.6/103807.133⨯⨯⨯==-（erg 2∙Oe -2） 5．样品的未成对电子数n 的计算

1)(

12

-+=B

m n μμ 式中，μB 是电子的磁矩（玻尔磁子）μB = 9.27×10-21erg ∙Oe -1。

三．实验用品

古埃磁天平， 电子太平，样品管，直尺，电吹风。

(NH 4)2SO 4·FeSO 4·6H 2O(AR)，K 3Fe(CN)6(AR)，K 4Fe(CN)6·3H 2O(A.R.)，FeSO 4·7H 2O(A.R.)

四．实验步骤

1． 阅读古埃磁天平的使用说明，理解其使用方法，复习电子天平的操作方法。

2． 先将磁天平上的电流旋钮旋至电流为零的位置，在打开磁天平上的电源总开关。通过电

流强度的增减调节磁天平的电磁铁的磁场强度时，应缓慢地增大或减小电流。增大磁场 时，要由小到大缓慢地增大电流；关闭磁场时，要由大到小缓慢地减小电流。 3． 调节电流大小使古埃磁天平电磁铁的磁场强度为300mT 左右，再将空试管吊放于磁场

的适当位置（参见图1），测定有磁场时空试管的质量m H, 管，再将电流调为零，称量无 磁场时空试管的质量m 0, 管。因使用电子天平称重，所以每次测定的读数只需读数一次。 4． 装入样品莫尔盐粉末，并用玻棒将试管上部的固体轻轻压平，以方便量出样品的高度。

然后调节电流大小使磁天平电磁铁的磁场强度达到300mT 左右，小心地将已装样的试管挂到电子天平下的吊环上，称量有磁场时“莫尔盐+试管”的质量m H, 管+莫；再将电流调为零，称量无磁场时“莫尔盐+试管”的质量m H, 管+莫。一个样品用完后应按要求倒回到原试剂瓶中（切不可倒错试剂瓶），或丢弃于指定的其它容器中，然后先用自来水洗净试管，再用蒸馏水淌洗两次，倒去试管中的余水后，向试管中加入约1毫升无水乙醇将试管淌洗一遍，淌洗后将乙醇倒如指定的试剂瓶中，而后用电吹风吹干试管用于另一个样品的称量。

5． 重复第4步的操作，分别测定硫酸亚铁晶体、亚铁氰化钾晶体和铁氰化钾晶体（均为粉

末）在有磁场时“样品+试管”的质量m H, 管+样、无磁场时“样品+试管”的质量m H, 管+样。