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华南师范大学实验报告
课程名称:结构实验实验项目:磁化率的测定
1.掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。
2.通过对一些配位化合物磁化率的测定,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。
1、摩尔磁化率和分子磁矩:
物质在外磁场作用下,由于电子等带电体的运动,会被磁化而感应出一个附加磁场。物质被磁化的程度用磁化率χ表示,它与附加磁场强度和外磁场强度
的比值有关:
Hˊ=4πχH0(1)
χ为无因次量,称为物质的体积磁化率,简称磁化率,表示单位体积内磁场强度的变化,反映了物质被磁化的难易程度。化学上常用摩尔磁化率χm表示磁化
程度,它与χ的关系为
χm=χM/ρ(2)
式中M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。χm的单位为m3mol−1。
物质在外磁场作用下的磁化现象有三种:
第一种,物质的原子、离子或分子中没有自旋未成对的电子,即它的分子磁矩µm=0。当它受到外磁场作用时,内部会产生感应的“分子电流”,相应产
生一种与外磁场方向相反的感应磁矩。如同线圈在磁场中产生感生电流,这一电流的附加磁场方向与外磁场相反。这种物质称为反磁性物质,如Hg、Cu、Bi
等。它的称为反磁磁化率,用表示,且0。
第二种,物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子,它的电子角动量总和不等于零,分子磁矩µm≠0。这些杂乱取向的分子磁矩在受到外磁场
作用时,其方向总是趋向于与外磁场同方向,这种物质称为顺磁性物质,如Mn、Cr、Pt等,表现出的顺磁磁化率用表示。
但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩,因此它的χ是顺磁磁化率与反磁磁化率之和。因|χ||χ|,所以对于顺磁性物质,可以认为χχ
m顺反m
顺,其值大于零,即χm0。
第三种,物质被磁化的强度随着外磁场强度的增加而剧烈增强,而且在外磁场消失后其磁性并不消失。这种物质称为铁磁性物质。
.简单络合物的磁性与未成对电子
2、对于顺磁性物质而言,摩尔顺磁磁化率与分子磁矩µ关系可由居里-郎之万公式表示:χχ=(NAμμ)/3kT(3)
mm顺0m
式中NA为阿伏加德罗常数(6.022×1023mol−1),k为玻尔兹曼常数(1.3806×10−23J·K−1),µ0为真空磁导率(4π×10−7N·A−2),T为热力学温度。式(2-
136)可作为由实验测定磁化率来研究物质内部结构的依据。分子磁矩µm由分子内未配对电子数n决定,其关系如下:
(4)
式中µB为玻尔磁子,是磁矩的自然单位。µB=9.274×10−24JT−1(T为磁感应强度的单位,即特斯拉)。
2+600
求得n值后可以进一步判断有关络合物分子的配键类型。例如,Fe离子在自由离子状态下的外层电子结构为3d4s4p。如以它作为中心离子与6个H2O配
位体形成[Fe(HO)]2+络离子,是电价络合物。其中Fe2+离子仍然保持原自由离子状态下的电子层结构,此时n=4。如果Fe2+离子与6个CN−离子配位
26
体形成[Fe(CN)]4−络离子,则是共价络合物。这时其中Fe2+离子的外电子层结构发生变化,n=0。
6
显然,其中6个空轨道形成d2sp3的6个杂化轨道,它们能接受6个CN−离子中的6对孤对电子,形成共价配键。
3、古埃法测定磁化率
古埃磁天平法是测定物质磁化率的
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