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络合物磁化率的测定
院系:化学化工学院 专业:化学工程与工艺 学号:
姓名: 实验日期:2014-11-27 指导老师:
一、实验目的
1.掌握古埃法磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法;
2.通过对一些络合物的磁化率测定,推算其不成对电子数,判断这些分子的配键类型。
?
二、实验原理
1.在外磁场的作用下,物质会被磁化产生附加磁感应强度;则物质内部的磁感应强度等于
??????? B= QUOTE +B′= QUOTE H+B′?????????? (Ⅱ—30—1)
式中 QUOTE 为外磁场的磁感应强度;B′为附加磁感应强度;H为外磁场强度; QUOTE 为真空磁导率,其数值等于4π×10-7N/A2。
物质的磁化可用磁化强度M来描述,M也是矢量,它与磁场强度成正比。
????????? M=χH???????? ??????(Ⅱ—30—2)
式中χ为物质的体积磁化率,是物质的一种宏观磁性质。B′与M的关系为:
??????? B′= QUOTE M=χ QUOTE H???????????? (Ⅱ—30—3)
将(Ⅱ—30—3)代入(Ⅱ—30—1)式得:
????????B=(1+χ) QUOTE H= QUOTE H (Ⅱ—30—4)
式中μ称为物质的(相对)磁化率。
化学上常用质量磁化率χm或摩尔磁化率χM来表示物质的磁性质。
???????? χm=χ/ρ??????????? (Ⅱ—30—5)
?????????χM = Mχm=(Mχ)/ρ (Ⅱ—30—6)
式中ρ、M分别是物质的密度和摩尔质量。χm的单位是m3/kg,χM的单位是m3/mo。
?
2.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应的磁矩,其方向与外磁场相反,表观为逆磁性,此类物质的摩尔磁化率χM是摩尔顺磁化率χμ和摩尔逆磁化率χ0的和
???????χM=χμ+χ0???????? ????(Ⅱ—30—7)
但由于χμ|χ0|,故顺磁性物质的μ1,χM0,可以近似地把χμ当作χM,即
???? χM≈χμ?????????????(Ⅱ—30—8)
3.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χμ和分子永久磁矩μm间的关系
??????χμ=(Lμm2μ0)/3kT=C/T??????(Ⅱ—30—9)
式中L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素,称为居里定律,是居里首先在实验中发现,C为居里常数。
分子的摩尔逆磁磁化率χ0是由诱导磁矩产生的,它与温度的依赖关系很小。因此具有永久磁矩的物质的摩尔磁化率χM与磁矩间的关系为:
???χM=χ0+(Lμm2μ0)/3kT≈(Lμm2μ0)/3kT (Ⅱ—30—10)
该式将物质的宏观物理性质(χM)和其微观性质(μm)联系起来了,因此只要实验测得χM,代入(Ⅱ—30—10)式就可算出永久磁矩μm。
物质的永久永久磁矩μm和它所包含的未成对电子书n的关系可用下式表示:
?????μm=[n(n+2)]1/2μB????????? (Ⅱ—30—11)
式中μB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。
???μB=eh/4πme=9.274078*10-24A·m2????(Ⅱ—30—12)
式中h为普朗克常数;me为电子质量。
H可由己知单位质量磁化率的莫尔氏盐来间接标定,χM与温度的关系为
χM=[1.1938/(T+1)]*10^-4
三、实验仪器及药品
古埃磁天平?,软质玻璃样品管
FeSO4·7H2O(分析纯) ,莫尔氏盐(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O(分析纯),K4Fe(CN)6·3H2O(分析纯)
装样品工具(研钵、角匙、小漏斗、玻棒)
?
四、实验步骤
1.取一只清洁干燥的空样品管悬挂在天平的挂钩上,使样品管正好于磁极中心平齐,但样品管不可与磁极相接触,也不与探头接触。
2.测定“空管”的质量
(1)在电流为0时,准确称取空样品管质量;
(2)调节电流旋钮,使电流为0.6mA时,记录称量结果;
注: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。
(7)计算两个0mA和
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