16 实验十六 磁化率的测定.doc

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、实验原理物质的磁性与组成它的原子、离子或分子的微观结构有关。在外磁场作用下, 成单电子的自旋运动产生永久磁矩( 2) m B n n ? ?? ?( 24 1 10 4 Be eh J T m ??? ?? ???,叫玻尔磁子,单位是焦耳/特斯拉, n是成单电子数)。此磁矩方向总是顺着外磁场方向,表现为顺磁性;电子的轨道运动产生拉摩进动,感应产生诱导磁矩。此磁矩方向总是逆着外磁场方向,表现为反磁性。化学科学中,物质的磁性大小常用摩尔磁化率 M?(单位 3 1 m mol ??)度量。数值上等于顺磁性表现出的摩尔顺磁化率?顺和反磁性表现出的摩尔反磁化率?反之和M ? ??? ?顺反在温度不太高、外磁场不太强且忽略粒子间相互作用时,摩尔顺磁化率?顺与永久磁矩 m?的关系为 203 A m BN k T ???顺= (1) 式中 N A为 Avogadro 常数, 7 2 0 4 10 N A ? ?? ?? ? ?(真空磁导率), Boltzman n 常数 23 1 10 B k J K ? ?? ??,T为绝对温度。则203 A m MBN k T ??? ?? ?反(2) 意指,实验测定反磁物质的摩尔磁化率就是摩尔反磁化率,即 M ? ??反;摩尔磁化率减摩尔反磁化率等于顺磁物质的摩尔顺磁化率,由于摩尔反磁化率值很小, 一般可忽略。依此,实验测出物质的摩尔磁化率即可计算微观物理量 m?,进而计算未成对电子数 n。来研究原子、离子的电子组态,判断配合物的配键类型。本实验测定的 FeSO 4·7H 2O、K 4 ) 6,属六配位的过渡金属配合物,配体形成正八面体场。金属的 5个d轨道分裂,形成两个能量较高的简并能级 geE ,和三个能量较低的简并能级 2gtE 。这两个简并能级间能量差称之为分裂能。它与配体类型以及中心离子的价态有关。在配位离子[Fe(H 2 O) 6] 2+中配体 H 2O对 Fe 2+( d 6组态)形成弱场,电子采取高自旋排布,即 4 2 2 g g t e (图1a)。[Fe(H 2 O) 6] 2+具有顺磁性。但在[) 6] 4-中, -对 Fe 2+形成强场,电子采取低自旋排布,即 6 0 2 g g t e (图 1b)。[) 6] 4-具有反磁性。 ab图1d电子排布古埃磋天平是测定摩尔磁化率 M?的常用仪器,其示意图为图 2古埃磁天平示意图图3古埃磁天平实物图当均匀的样品放入磁场 H中时,样品中分子的磁矩不仅会沿着磁场作有序排列,同时样品还会收到一个力的作用。如果样品是顺磁物质,则会受到磁场较强端吸引,而反磁物质则会受到磁场较强端的排除。古埃磁天平的一臂悬挂一个样品管,管底部处于磁场强度最大的区域,管顶端则位于场强最弱(甚至为零)的区域(H 0)。整个样品管处于不均匀磁场中。设