物化实验_实验报告_磁化率.doc

华南师范大学实验报告课程名称:结构实验实验项目: 磁化率的测定一、实验题目: 磁化率的测定二、实验目的 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。三、实验原理 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=4 πχH 0 (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χ m 表示磁化程度,它与χ的关系为χ m=χ M/ ρ(2) 式中 M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。χ m 的单位为 m 3 mol ?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μ m=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μ m≠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 m 是顺磁磁化率与反磁磁化率之和。因|χ顺| >> |χ反| ,所以对于顺磁性物质,可以认为χ m=χ顺,其值大于零,即χ m >0 。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 m 关系可由居里-郎之万公式表示: χ m= χ顺=( NA μ 0μ m )/3 kT (3) 式中 NA 为阿伏加德罗常数( × 10 23 mol ?1),k 为玻尔兹曼常数( 6× 10 ? 23J·K ?1),μ 0 为真空磁导率( 4 π× 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μ m 由分子内未配对电子数 n 决定,其关系如下: )2(??nn Bm??(4) 式中μ B 为玻尔磁子,是磁矩的自然单位。μ B= × 10 ? 24JT ?1(T 为磁感应强度的单位,即特斯拉)。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 2+ 离子在自由离子状态下的外层电子结构为 3d 6 4s 0 4p 0。如以它作为中心离子与 6个H 2O 配位体形成[Fe (H 2 O) 6] 2+ 络离子, 是电价络合物。其中 Fe 2+ 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 Fe 2+ 离子与 6 ?离子配位体形成[Fe (