中科大物化实验11-磁化率
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2 N A 0 B n n 2 得: 3k BT
由 XM
3×1.386×10-16×293.65 n(n+2)= = 27.17 6.023×1023×(9.274×10-21)2 n 取整则 n = 4 同样地求出 1A,3A,4A 时的 n，时间精力有限，故不再写出。 FeSO4·7H2O 是六配位，应是 Oh 配位场。中央离子结构为 d6，有 4 个孤电子，分裂后排 列应为(t2g)4(eg)2。这说明 FeSO4·7H2O 配位场分裂能小于电子成对能，为弱场配合物。 对 K4[Fe(CN)6]·3H2O，有： XM= 2×(-5.75×10-4+1.3×10-3)×981×15.1×422.39 = 4.9×10-4 cm3/mol 10.426×1758235 3×(1.386×10-19×295.65) × 4.9×10-4 = 1.2 ×10-3 6.023×1023×(9.274×10-21)2
n(n+2) =
很显然，n = 0 同样地，1A,3A,4A 时 n 也为 0。 K4[Fe(CN)6]·3H2O 也是中央离子结构为 d6 的 Oh 配位场。没有孤电子，分裂后的排列应 为应为(t2g)6(eg)0。这说明 K4[Fe(CN)6]·3H2O 配位场分裂能大于电子成对能，为强场配合物。
= 0.02370g ⑷4A ΔWp = 1 (14.3420+14.3417+14.3420+14.3419－(14.3431+14.3431+14.3431+14.3430) 4
－4
=－11.75×10 ΔWp+s =
g
1 (20.2411+20.2432+20.2420+20.2429－(20.2005+20.2006+20.2006+20.2004)) 4
= 0.002875g ⑵2A
ΔWp =
1 (14.3429+14.3427+14.3428+14.3426－(14.3431+14.3431+14.3431+14.3430) 4
－
=－3.25×10 4 g ΔWp+s = 1 (20.2104+20.2121+20.2110+20.2115－(20.2005+20.2006+20.2006+20.2004)) 4
3.Results
3.1. Changing of the sample’s weight
表 1：样品管质量记录 称 W/g 空管 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O I/A 0 14.3431 20.2005 4 空管 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 14.3417 20.2432 0 空管 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 14.3431 20.2006 4 空管 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 14.3419 20.2429 1 14.3430 20.2034 3 14.3423 20.2250 1 14.3429 20.2031 3 14.3423 20.2246. 2 14.3429 20.2104 2 14.3427 20.2121 2 14.3428 20.2110 2 14.3426 20.2115 3 14.3424 20.2235 1 14.3430 20.2037 3 14.3424 20.2238 1 14.3429 20.2034 4 14.3420 20.2411 0 14.3431 20.2006 4 14.3420 20.2420 0 14.3430 20.2004
= 016710g 3.2. 磁场标定
XM
2 W p s W p ghM Ws H 2 Xm 9500 10 6 [2] T 1
[1]
XM M Xm [3]
将公式[1]~[3]联立得：
H2 =
2(ΔWp+s－ΔWp )gh(T+1) W9500×10－6
⑴1A H2 = 2×(.002875+1.25×10-4)×15.3×981×(294.65+1) = 478240.2 A2/m2 9500×10-6×(20.2034-14.3431)
H = 691.5 A/m ⑵2A H2 = 2×(0.010725+3.25×10-4)×15.3×981×(294.65+1) = 1759146.8 A2/m2 9500×10-6×(20.2113-14.3431)
H = 1256.64 A/m ⑶3A H2 = 2×(0.02370+7.5×10-4)×15.3×981×(294.65+1) = 3883410.7 A2/m2 9500×10-6×(20.2242-14.3424)
H = 1970.64 A/m ⑷4A 2×(0.0028+1.75×10-4)×15.3×981×(284.65+1) H2 = = 26642983.6 A2/m2 9500×10-6×(20.2423-14.2419) H = 5161.7 A/m 3.3. 磁化率测量和结构判断 H2(2A)代入[1]，可得对 FeSO4·7H2O： XM = 2×(0.02882+1.75×10-4)×15.3×981×278.03 = 0.01145 cm3/mol 11.9453×1759146.8
1.Introduction
磁化率可以表征物质结构中孤对电子数目， 对络合物的成键方式及判断络合物类型等方 面具有重要应用价值[1]。 磁化率不仅是结构化学的重要内容， 也在其他科学领域发挥着重要作用。 地质学中可以 通过测定地层中沉积物的磁化率，从而探索古代气候[2]，以及地磁场的变化[3]；材料科学 中，可以通过测量材料的磁化率获得材料的性能参数[4]. 常见的测定固体磁化率的常用方法有古埃法，昆克法和法拉第法等。古埃法操作简便， 成为一种常见的测量方法，但由于单次测量样品量大，对磁场均匀的保证不如法拉第法[5]。
h=15.30 cm T=294.65 K g=9.81 m/s2 ⑴1A ΔWp = 1 (14.3430+14.3430+14.3429+14.3429－(14.3431+14.3431+14.3431+14.3430) 4
－4
=－1.25×10 ΔWp+s =
g
1 (20.2034+20.2037+20.2031+20.2034－(20.2005+20.2006+20.2006+20.2004)) 4
1. 讨论
4.1. 关于磁化率和磁场的关系 严格地说，平均磁矩和磁场并不满足线形关系。在高斯单位制下，实验中利用的是
p
而实际上
2 p H
3k BT
p
2 p H
3k BT
4 p H3 3 3 45k B T 2 p NA
...
4 p N AH 2 3 3 45k B T
X M X PM
Susceptibility—The Determination of Complex Structure
Jiayi Wang (PB11206289)
University of Science and Technology，Department of Material Science and Technology the-phantom@ Abstract:This experiment has determined the susceptibility of FeSO4·7H2O and K4[Fe(CN)6]· 3H2O by using (NH4)2Fe(SO4)2· 6H2O as a benchmark and a Gouy magnetic balance. The test sample is calculated from experimental data on the number of unpaired electrons , and thus discuss the Fe2 + outermost layers of the electronic structure and follow that with a key type inFeSO4·7H2O and K4[Fe(CN)6]·3H2O Fe2 + respectively. Keyword: susceptibility, Gouy magnetic balance, complex, electronic structure
2.2. Preparation
2.2.1. Demarcation of the magnetic field intensity using (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O ⑴将电流调至 0A，取一支清洁、干燥的空样品管悬挂在古埃磁天平的挂钩上，使样品 管底部正好与磁极中心线齐平。 ⑵准确称得空样品管重量；然后将励磁电流由小至大调节至 1A，迅速且准确地称取此 时空样品管的重量；继续由小至大分别调节励磁电流至 2A、3A、4A 再称重量；继续将励 磁电流升至 5A，接着又将励磁电流缓降至 4A，再称空样品管重量；又将励电流由大至小分 别降至 3A、2A、1A，分别再称重量；将励磁电流降至零，又称取一次样品管重量。 ⑶重复步骤⑵，取两次测量的平均值。 ⑷取下空样品管，将事先研细的(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 紧密装填至样品管中，测量装填 高度 h（h≥15cm） 。将装填的样品管悬挂在挂钩上，待其静止。 ⑸同上法，将装有莫尔氏盐的样品管置于古埃天平的挂钩上，在 0A、1A、2A、3A、 4A、 （5A） 、4A、3A、2A、1A、0A 电流下进行称量。测量两次，取两次数据的平均值。 测 定完毕，将样品管中的莫尔氏盐倒入回收瓶中，然后洗净、干燥备用。 2.2.2. Measurement of the susceptibility of FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O ⑴重复 2.2.1. ⑴~⑸，仅将装填的物质依次改为 FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O。 ⑵根据公式[2]计算两种物质的磁化率。 2.2.3. Judging the structure of FeSO4·7H2O and K4[Fe(CN)6]·3H2O ⑴根据公式计算 FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O 孤电子数 n： ⑵根据孤电子数判断 FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O 的配合物结构。
= 0.010725g ⑶3A ΔWp = 1 (14.3424+14.3423+14.3424+14.3423－(14.3431+14.3431+14.3431+14.3430) 4
－
=－7.50×10 4 g ΔWp+s = 1 (20.2235+20.2250+20.2238+20.2246－(20.2005+20.2006+20.2006+20.2004)) 4
2Fe(SO4)2·6H2O（AR） 、FeSO4·7H2O（AR） 、K4[Fe(CN)6]·3H2O（AR） 、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。
磁化率——络合物结构的测定
王嘉义（PB11206289） 中国科学技术大学材料科学与工程系， 材料化学专业， the-phantom@
摘要：本次实验使用古埃（GOUY） ，以(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 为基准物，测定了 FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O 的磁化率，并由实验数据计算出所测样品的未成 对电子数，并由此讨论 FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O 的 Fe2+的最外层电子结 构及由此推断配键类型。 关键词：磁化率，古埃磁天平，配合物，电子结构
N A p H
3k BT
...
因此摩尔磁化率和磁场不是完全无关的。应是一个级数的关系。不过因为磁场较弱， 所 以在非严格定量的情况下可以忽略非线性的项。 4.2. 理论值和实验值的比较 认为 X M
由 XM
3×1.386×10-16×293.65 n(n+2)= = 27.17 6.023×1023×(9.274×10-21)2 n 取整则 n = 4 同样地求出 1A,3A,4A 时的 n，时间精力有限，故不再写出。 FeSO4·7H2O 是六配位，应是 Oh 配位场。中央离子结构为 d6，有 4 个孤电子，分裂后排 列应为(t2g)4(eg)2。这说明 FeSO4·7H2O 配位场分裂能小于电子成对能，为弱场配合物。 对 K4[Fe(CN)6]·3H2O，有： XM= 2×(-5.75×10-4+1.3×10-3)×981×15.1×422.39 = 4.9×10-4 cm3/mol 10.426×1758235 3×(1.386×10-19×295.65) × 4.9×10-4 = 1.2 ×10-3 6.023×1023×(9.274×10-21)2
n(n+2) =
很显然，n = 0 同样地，1A,3A,4A 时 n 也为 0。 K4[Fe(CN)6]·3H2O 也是中央离子结构为 d6 的 Oh 配位场。没有孤电子，分裂后的排列应 为应为(t2g)6(eg)0。这说明 K4[Fe(CN)6]·3H2O 配位场分裂能大于电子成对能，为强场配合物。
= 0.02370g ⑷4A ΔWp = 1 (14.3420+14.3417+14.3420+14.3419－(14.3431+14.3431+14.3431+14.3430) 4
－4
=－11.75×10 ΔWp+s =
g
1 (20.2411+20.2432+20.2420+20.2429－(20.2005+20.2006+20.2006+20.2004)) 4
= 0.002875g ⑵2A
ΔWp =
1 (14.3429+14.3427+14.3428+14.3426－(14.3431+14.3431+14.3431+14.3430) 4
－
=－3.25×10 4 g ΔWp+s = 1 (20.2104+20.2121+20.2110+20.2115－(20.2005+20.2006+20.2006+20.2004)) 4
3.Results
3.1. Changing of the sample’s weight
表 1：样品管质量记录 称 W/g 空管 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O I/A 0 14.3431 20.2005 4 空管 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 14.3417 20.2432 0 空管 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 14.3431 20.2006 4 空管 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 14.3419 20.2429 1 14.3430 20.2034 3 14.3423 20.2250 1 14.3429 20.2031 3 14.3423 20.2246. 2 14.3429 20.2104 2 14.3427 20.2121 2 14.3428 20.2110 2 14.3426 20.2115 3 14.3424 20.2235 1 14.3430 20.2037 3 14.3424 20.2238 1 14.3429 20.2034 4 14.3420 20.2411 0 14.3431 20.2006 4 14.3420 20.2420 0 14.3430 20.2004
= 016710g 3.2. 磁场标定
XM
2 W p s W p ghM Ws H 2 Xm 9500 10 6 [2] T 1
[1]
XM M Xm [3]
将公式[1]~[3]联立得：
H2 =
2(ΔWp+s－ΔWp )gh(T+1) W9500×10－6
⑴1A H2 = 2×(.002875+1.25×10-4)×15.3×981×(294.65+1) = 478240.2 A2/m2 9500×10-6×(20.2034-14.3431)
H = 691.5 A/m ⑵2A H2 = 2×(0.010725+3.25×10-4)×15.3×981×(294.65+1) = 1759146.8 A2/m2 9500×10-6×(20.2113-14.3431)
H = 1256.64 A/m ⑶3A H2 = 2×(0.02370+7.5×10-4)×15.3×981×(294.65+1) = 3883410.7 A2/m2 9500×10-6×(20.2242-14.3424)
H = 1970.64 A/m ⑷4A 2×(0.0028+1.75×10-4)×15.3×981×(284.65+1) H2 = = 26642983.6 A2/m2 9500×10-6×(20.2423-14.2419) H = 5161.7 A/m 3.3. 磁化率测量和结构判断 H2(2A)代入[1]，可得对 FeSO4·7H2O： XM = 2×(0.02882+1.75×10-4)×15.3×981×278.03 = 0.01145 cm3/mol 11.9453×1759146.8
1.Introduction
磁化率可以表征物质结构中孤对电子数目， 对络合物的成键方式及判断络合物类型等方 面具有重要应用价值[1]。 磁化率不仅是结构化学的重要内容， 也在其他科学领域发挥着重要作用。 地质学中可以 通过测定地层中沉积物的磁化率，从而探索古代气候[2]，以及地磁场的变化[3]；材料科学 中，可以通过测量材料的磁化率获得材料的性能参数[4]. 常见的测定固体磁化率的常用方法有古埃法，昆克法和法拉第法等。古埃法操作简便， 成为一种常见的测量方法，但由于单次测量样品量大，对磁场均匀的保证不如法拉第法[5]。
h=15.30 cm T=294.65 K g=9.81 m/s2 ⑴1A ΔWp = 1 (14.3430+14.3430+14.3429+14.3429－(14.3431+14.3431+14.3431+14.3430) 4
－4
=－1.25×10 ΔWp+s =
g
1 (20.2034+20.2037+20.2031+20.2034－(20.2005+20.2006+20.2006+20.2004)) 4
1. 讨论
4.1. 关于磁化率和磁场的关系 严格地说，平均磁矩和磁场并不满足线形关系。在高斯单位制下，实验中利用的是
p
而实际上
2 p H
3k BT
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2 p H
3k BT
4 p H3 3 3 45k B T 2 p NA
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4 p N AH 2 3 3 45k B T
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Susceptibility—The Determination of Complex Structure
Jiayi Wang (PB11206289)
University of Science and Technology，Department of Material Science and Technology the-phantom@ Abstract:This experiment has determined the susceptibility of FeSO4·7H2O and K4[Fe(CN)6]· 3H2O by using (NH4)2Fe(SO4)2· 6H2O as a benchmark and a Gouy magnetic balance. The test sample is calculated from experimental data on the number of unpaired electrons , and thus discuss the Fe2 + outermost layers of the electronic structure and follow that with a key type inFeSO4·7H2O and K4[Fe(CN)6]·3H2O Fe2 + respectively. Keyword: susceptibility, Gouy magnetic balance, complex, electronic structure
2.2. Preparation
2.2.1. Demarcation of the magnetic field intensity using (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O ⑴将电流调至 0A，取一支清洁、干燥的空样品管悬挂在古埃磁天平的挂钩上，使样品 管底部正好与磁极中心线齐平。 ⑵准确称得空样品管重量；然后将励磁电流由小至大调节至 1A，迅速且准确地称取此 时空样品管的重量；继续由小至大分别调节励磁电流至 2A、3A、4A 再称重量；继续将励 磁电流升至 5A，接着又将励磁电流缓降至 4A，再称空样品管重量；又将励电流由大至小分 别降至 3A、2A、1A，分别再称重量；将励磁电流降至零，又称取一次样品管重量。 ⑶重复步骤⑵，取两次测量的平均值。 ⑷取下空样品管，将事先研细的(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 紧密装填至样品管中，测量装填 高度 h（h≥15cm） 。将装填的样品管悬挂在挂钩上，待其静止。 ⑸同上法，将装有莫尔氏盐的样品管置于古埃天平的挂钩上，在 0A、1A、2A、3A、 4A、 （5A） 、4A、3A、2A、1A、0A 电流下进行称量。测量两次，取两次数据的平均值。 测 定完毕，将样品管中的莫尔氏盐倒入回收瓶中，然后洗净、干燥备用。 2.2.2. Measurement of the susceptibility of FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O ⑴重复 2.2.1. ⑴~⑸，仅将装填的物质依次改为 FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O。 ⑵根据公式[2]计算两种物质的磁化率。 2.2.3. Judging the structure of FeSO4·7H2O and K4[Fe(CN)6]·3H2O ⑴根据公式计算 FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O 孤电子数 n： ⑵根据孤电子数判断 FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O 的配合物结构。
= 0.010725g ⑶3A ΔWp = 1 (14.3424+14.3423+14.3424+14.3423－(14.3431+14.3431+14.3431+14.3430) 4
－
=－7.50×10 4 g ΔWp+s = 1 (20.2235+20.2250+20.2238+20.2246－(20.2005+20.2006+20.2006+20.2004)) 4
2Fe(SO4)2·6H2O（AR） 、FeSO4·7H2O（AR） 、K4[Fe(CN)6]·3H2O（AR） 、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。
磁化率——络合物结构的测定
王嘉义（PB11206289） 中国科学技术大学材料科学与工程系， 材料化学专业， the-phantom@
摘要：本次实验使用古埃（GOUY） ，以(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 为基准物，测定了 FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O 的磁化率，并由实验数据计算出所测样品的未成 对电子数，并由此讨论 FeSO4·7H2O 和 K4[Fe(CN)6]·3H2O 的 Fe2+的最外层电子结 构及由此推断配键类型。 关键词：磁化率，古埃磁天平，配合物，电子结构
N A p H
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因此摩尔磁化率和磁场不是完全无关的。应是一个级数的关系。不过因为磁场较弱， 所 以在非严格定量的情况下可以忽略非线性的项。 4.2. 理论值和实验值的比较 认为 X M