磁化率的测定.doc

结构化学实验报告题目：磁化率的测定 报告作者： 学 号： 班 级： 级化教 班 指导老师： 彭斌老师 实验时间： 年 月 日磁化率的测定1、 【实验目的】1掌握古埃（Gouy）磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。2通过对一些配合物磁化率的测定，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。 二、【实验原理】（1）物质的磁性物质在磁场中被磁化，在外磁场强度H(Am-1)的作用下，产生附加磁场H。这时该物质内部的磁感应强度B为外磁场强度H与附加磁场强度H之和：BH十HH+4I=H十4H(1)式中，I称为体积磁化强度，物理意义是单位体积的磁矩，式中的=I/H称为物质的体积磁化率、表示单位体积物质的磁化能力，是无量纲的物理量。I和分别除以物质的密度可以得到和，=I/称为克磁化强度；=/称为克磁化率或比磁化率。m=M/称为摩尔磁化率（M是物质的摩尔质量）。这些实验数据都可以从实验测得，是宏观磁性质。在顺磁、反磁性研究中常用到和m，铁磁性研究中常用到I、。不少文献中按宏观磁性质，把物质分成反磁性物质、顺磁性物质和铁磁性物质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质几类。其中顺磁性物资的m0而反磁性物质的m0。（2）古埃法（Gouy）测定磁化率古埃法是一种简便的测量方法，主要用在顺磁测量。简单的装置包括磁场和测力装置两部分。调节电流大小，磁头间距离大小，可以控制磁场强度大小。测力装置可以用分析天平。为了测量不同温度的数据，要使用变温、恒温和测温装置。样品放在一个长圆柱形玻璃管内，悬挂在磁场中，样品管下端在磁极中央处，另一端则在磁场强度为零处。样品在磁场中受到一个作用力。式中，A表示圆柱玻璃管的截面积。样品在空气中称量，必须考虑空气修正，即0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是个积分问题：因H0H，且忽略0，则式中，F可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。式中，m样为样品管加样品在有磁场和无磁场时的质量差；m空为空样品管在有磁场和无磁场时的质量差；g为重力加速度。则有，而，h为样品高度，A为样品管截面积，m样品为样品质量。只要测量样品重量的变化，磁场强度H以及样品高度h，即可根据公式计算样品的摩尔磁化率。在实际工作中是采用已准确知道磁化率数值的校准样品来标定磁场，根据式：常用的校准样品有（NH4）2SO4 FeSO46H2O（莫氏盐）、HgCo（CNS）4、Ni（en）3S2O3。其中，（NH4）2SO4 FeSO46H2O的磁化率符合公式：式中，T是绝对温度。（3）简单络合物的磁性与未成对电子 对于第一过渡系列元素络合物，它们的磁矩实验值大多符合 式中，n是分子中未成对电子数；B是电子磁矩的基本单位，称为波尔磁子。而磁矩m与摩尔顺磁磁化率m之间有如下关系：式中，NA为阿伏伽德罗常数；K为波兹曼常数；T为绝对温度。根据式可以利用测量出的物质的摩尔顺磁化率m计算出m，然后根据式计算样品的未成对电子数。若测得的m0则表示物质是反磁性物质，未成对电子数为零。三、【仪器及试剂】（1）仪器 磁天平(上海复旦天欣科教仪器有限公司 50026)一台，样品管一支，直尺一把，温度计一支。（2）试剂 莫尔氏盐（NH4）2SO4 FeSO46H2O，分析纯；硫酸亚铁FeSO47H2O，分析纯；亚铁氰化钾K4Fe（CN）63H2O，分析纯。四、【实验步骤与数据记录】标定磁场强度方法如下：（1）取一支清洁干燥的样品管悬挂在磁天平的挂钩上，称质量得m空。（2）调节磁天平电流开关，由小至大调节至指定位置1A，测质量得m空1。（3）继续调大电流开关至3A，测质量得m空2。（4）继续升高电流至4A，停留一定时间（稳定读数），然后调小电流从4A回到3A，测质量得m空2。（5）继续调小电流回到1A，测得质量得m空1。（6）关闭电流测质量得m空。表1 数据记录表（空管）电流/A空管质量/gm空 /gI（电流升高）II（电流降低）平均值016.351616.351616.3516116.351716.351416.35155-0.00005316.351416.351316.35135-0.0002（7）装入已经研细的莫氏盐，装样尽量填实，样品要装至距离管口约12cm处，用直尺测量装样的高度，将样品管放入磁天平，按照空管的测量方法测量样品管的重量。表2 样品：莫氏盐，装样高度：13.5 cm电流/A空管+样本质量/gm /gI（电流升高）II（电流降低）平均值028.400928.400628.40075128.404628.404628.40460.00385328.431228.432328.431750.02715（8）倒出样品管中的莫氏盐，将样品管清洗干净，吹干。装入研细的硫酸亚铁，装样高度和莫氏盐尽量相同，用同样的方法测量硫酸亚铁的数据。表3 样品：硫酸亚铁，装样高度：13.4 cm电流/A空管+样本质量/gm /gI（电流升高）II（电流降低）平均值029.004029.003729.00385129.009229.009729.009450.0056329.048829.049129.048950.03905（9）倒出样品管中的硫酸亚铁，将样品管清洗干净，吹干。装入研细的亚铁氰化钾，装样高度和莫氏盐尽量相同，用同样的方法测量亚铁氰化钾的数据。表4 样品：亚铁氰化钾，装样高度：13.5 cm电流/A空管+样本质量/gm /gI（电流升高）II（电流降低）平均值026.777226.777426.7773126.777026.777426.7772-0.0001326.776726.776726.7767-0.0005五、【数据处理】（1）样品的磁化率 T=30=303.15K M莫氏盐=392.14g/mol=3.92510-7 m3/kg=1.53910-7m3/mol（2）待测样品的摩尔磁化率m 由式可计算电流为1A时，FeSO47H2O的摩尔磁化率： 同理可以分别计算电流强度为1A、3A时，FeSO47H2O、K4Fe（CN）63H2O的摩尔磁化率数据处理如下表：电流/A13（）/g0.00390.02735（）/g0.005650.03925（）/g-0.00015-0.0007392.14278.03422.3912.0491512.65225m亚铁氰化钾10.4257（硫酸亚铁）/ m3mol-11.48023710-7（亚铁氰化钾）/ m3mol-1-7.36866710-9-4.90346410-9则FeSO47H2O的摩尔磁化率平均值为：K4Fe（CN）63H2O的摩尔磁化率平均值为：（3）根据m计算样品的未成对电子数a、FeSO47H2O由得： 又因为、B=9.27407810-24，所以：当n=1时，m=1.606310-23 J2/T2；当n=2时，m=2.623110-23 J2/T2；当n=3时，m=3.591810-23 J2/T2；当n=4时，m=4.543410-23 J2/T2；当n=5时，m=5.486610-23 J2/T2。由此可以看出，当n=4时，m=4.96847810-23 J2/T2，接近，则FeSO47H2O的未成对电子数是4。b、K4Fe（CN）63H2O因为，故亚铁氰化钾是反磁性物质，未成对电子数为0。6、 【实验思考与讨论】 测定空样品管的重量的操作过程中，不要用手、脚、胳膊或身子碰挤或挪动操作台和天平 装在样品管内的样品要均匀紧密、上下一致、端面平整、高度测量准确 天平称量时，必须关上磁极架外面的玻璃门，以免空气流动对称量的影响。 注意装样的均匀性，粉末样品在管中的装填要求均匀，否则，由此引起的相对误差可达3%。采用多次反复测定并取平均值，可使误差减少到1%。 置样品底部于磁极的中心线上，即最强磁场处。样品管应足够长，使其上端所处的磁场强度可以忽略不计。 避免空气对流的影响，有条件时可采用真空系统。 选用合适的标准样品，需根据测量目的选用，一般选取易得的、稳定性好、纯度高、重现性好的标准样品，且希望标准样品的磁化率和密度尽可能和测试样品相近。在高磁化率范围内，通常采用莫尔盐为标准样品，用莫尔盐时必须注意装样的均匀性。 防止铁磁性物质的混入，不可使用含铁、镍的角匙或镊子。 测定磁化率的主要方法为受力法测定物体在磁场中所受力的大小来求磁化率。作为测定方法中最简易的Gouy法，其条件总结如表：方法磁场条件样品的物理特性最低用量应用误差温度控制W.Gouy法均匀磁场，推荐用3000150000Oe的电磁铁或50000Oe的永久磁铁粉末固体，纯液体和溶液0.5g固体5mL液体仅应用于反磁性和顺磁性物质0.1%可在广泛的范围内控制Gouy法磁天平具有操作简便，无论对顺磁性或反磁性的固体或液体试样都能进行测定等到优点，但是需用样品量多，对粉末样品由于其装样的不均匀、不同一性而引起的误差较大，不能用于铁磁性及超顺磁性物质的研究，通常也不适用于各向异性磁化率的测定，在应用上受到一定的限制。7、 【思考题】讨论被测化合物的中心离子Fe2+的d电子排布答：Fe的核外电子排布为3d6 4s2，则Fe2的核外电子排布