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实验十六磁化率的测定
一、实验目的
(Gouy)法测定磁化率的原理和方法。
,求算未成对电子数,判断其配键类型。
二、预习要求
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三、实验原理

物质在外磁场中,会被磁化并感生一附加磁场,其磁场强度H′与外磁场强度H之和称为该物质的磁感应强度B,即
B = H + H′(1)
H′与H方向相同的叫顺磁性物质,相反的叫反磁性物质。还有一类物质如铁、钴、镍及其合金,H′比H大得多(H′/H)高达104,而且附加磁场在外磁场消失后并不立即消失,这类物质称为铁磁性物质。
物质的磁化可用磁化强度I来描述,H′=4πI。对于非铁磁性物质,I与外磁场强度H成正比
I = KH (2)
式中,K为物质的单位体积磁化率(简称磁化率),是物质的一种宏观磁性质。在化学中常用单位质量磁化率χm或摩尔磁化率χM表示物质的磁性质,它的定义是
χm = K/ρ(3)
χM = MK/ρ(4)
式中,ρ和M分别是物质的密度和摩尔质量。由于K是无量纲的量,所以χm和χM的单位分别是cm3·g-1和cm3·mol-1。
磁感应强度SI单位是特[斯拉](T),而过去习惯使用的单位是高斯(G),1T=104G。

物质的磁性与组成它的原子、离子或分子的微观结构有关,在反磁性物质中,由于电子自旋已配对,故无永久磁矩。但是内部电子的轨道运动,在外磁场作用下产生的拉摩进动,会感生出一个与外磁场方向相反的诱导磁矩,所以表示出反磁性。其χM就等于反磁化率χ反,且χM<0。在顺磁性物质中,存在自旋未配对电子,所以具有永久磁矩。在外磁场中,永久磁矩顺着外磁场方向排列,产生顺磁性。顺磁性物质的摩尔磁化率χM是摩尔顺磁化率与摩尔反磁化率之和,即
χM =χ顺+ χ反(5)
通常χ顺比χ反大约1~3个数量级,所以这类物质总表现出顺磁性,其χM>0。顺磁化率与分子永久磁矩的关系服从居里定律
(6)
式中,NA为Avogadro常数;K为Boltzmann常数(×10-16erg·K-1);T为热力学温度;μm为分子永久磁矩(erg·G-1)。由此可得
(7)
由于χ反不随温度变化(或变化极小),所以只要测定不同温度下的χM对1/T作图,截矩即为χ反,由斜率可求μm。由于比χ顺小得多,所以在不很精确的测量中可忽略χ反作近似处理
(8)
顺磁性物质的μm与未成对电子数n的关系为
(9)
式中,是玻尔磁子,其物理意义是:单个自由电子自旋所产生的磁矩。
                             μB=×10-21erg·G-1=×10-28J·G-1=×-24J·T-1

(6)式将物质的宏观性质χM与微观性质μm 联系起来。由实验测定物质的χM,根据(8)式可求得μm,进而计算未配对电子数n。这些结果可用于研究原子或离子的电子结构,判断络合物分子的配键类型。
络合物分为电价络合物和共价络合物。电价络合物中心离子的电子结构不受配位体的影响,基本上保持自由离子的电子结构,靠静电库仑力与配位体结合,形成电价配键。在这类络合物中,