磁化率测定 Ⅰ`目的要求.doc

磁化率测定、目的要求 1、测定物质的摩尔磁化率，推算分子磁矩，估计分子内未成对电子数，判断分子配键的类型。2、掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。、仪器与试剂莫尔氏盐(NH4)2S04FeS046H20亚铁氰化钾K4Fe(CN)63H20硫酸亚铁FeS047H20古埃磁天平(包括磁极、励磁电源、电子天平等)CT5型高斯计玻璃样品管、装样品工具(包括研钵、角匙、小漏斗等)、实验原理 1、摩尔磁化率和分子磁矩物质在外磁场H0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H。物质被磁化的程度用磁化率表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关：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m表示磁化程度，它与的关系为式中M、分别为物质的摩尔质量与密度。m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，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m称为反磁磁化率，用反表示，且反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。对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率与分子磁矩m关系可由居里郎之万公式表示：式中L为阿伏加德罗常数(6.022 1023mol1)，、k为玻尔兹曼常数(1.380610-23JK1)，0为真空磁导率（4107NA2，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。分子磁矩由分子内未配对电子数n决定，其关系如下：式中B为玻尔磁子，是磁矩的自然单位。B=9.274 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，Fe2+离子在自由离子状态下的外层电子结构为3d64s04p0。如以它作为中心离子与6个H20配位体形成Fe(H20)62+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。见图2-63所示：如果Fe2+离子与6个CN离子配位体形成Fe(CN)64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。见图2-64所示：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。2、摩尔磁化率的测定本实验用古埃磁天平测定物质的摩尔磁化率m，测定原理如图2-65所示。一个截面积为A的样品管，装入高度为h、质量为m的样品后，放入非均匀磁场中。样品管底部位于磁场强度最大之处，即磁极中心线上，此处磁场强度为H。样品最高处磁场强度为零。前已述及，对于顺磁性物质，此时产生的附加磁场与原磁场同向，即物质内磁场强度增大，在磁场中受到吸引力。设0为空气的体积磁化率，可以证明，样品管内样品受到的力为：以式(2-135)代入式(2-138)，并考虑到m/hA，而0值很小，相应的项可以忽略，可得在磁天平法中利用精度为0.1mg的电子天平间接测量F值。设m0为空样品管在有磁场和无磁场时的称量值的变化，m为装样品后在有磁场和无磁场时的称量值的变化，则式中、g为重力加速度(9.81ms2)。将式(2-139)代入式(2-140)，可得磁场强度H可由特斯拉计或CT5高斯计测量。应该注意，高斯计测量的实际上是磁感应强度B，单位为T(特斯拉)，1T=104高斯。磁场强度H可由B =0 H关系式计算得到，H的单位为Am1。也可用已知磁化率的莫尔氏盐标定。莫尔氏盐的摩尔磁化率与热力学温度T的关系为：式中M为莫尔氏盐的摩尔质量(kgmol1)。、实验步骤1、磁场强度分布的测定(1)、分别在特定励磁电流(I1=2.0A， I2=4.0A， I3=6.0A)的条件下，用高斯计测定从磁场中心起，每提高lcm处的磁场强度，直至离磁场中心线20cm处为止。(2)、重复上述实验，并求各高度处的磁场强度平均值。2、用莫尔氏盐标定在特定励磁电流下的磁场强度H(1)、取一支清洁、干燥的空样品管，悬挂在天平一端的挂钩上，使样品管的底部在磁极中心连线上。准确称量空样品管。然后将励磁电流电源接通，依次称量电流在2.0A， 4.0A，6.0A时的空样品管。接着将电流调至7A，然后减小电流，再依次称量电流在6.0A，4.0A，2.0A时的空样品管。将励磁电流降为零时，断开电源开关，再称量一次空样品管。由此可求出样品质量MO及电流在2.0A，4.0A，6.0A时的m0(应重复一次取平均值)。上述调节电流由小到大、再由大到小的测定方法，是为了抵消实验时磁场剩磁现象的影响。(2)、取下样品管，装入莫尔氏盐(在装填时要不断将样品管底部敲击木垫，使样品粉末填实)，直到样品高度约15cm为止。准确测量样品高度h,测量电流为零时莫尔氏盐的质量mB及2.0A,4.0A,6.0A时的mB的平均值。3、样品的摩尔磁化率测定用标定磁场强度的样品管分别装入亚铁氰化钾与硫酸亚铁，同上要求测定其h、m及2.0A,4.0A,6.0A时的m。、数据记录及其处理1、分别描绘在特定励磁电流为2.0A,4.0A,6.0A时的磁场强度随着距离磁场中心线高度而变化的分布曲线。2、由莫尔氏盐的磁化率和实验数据，计算各特定励磁电流相应的磁场强度值，并与高斯计测量值进行比较。3、由亚铁氰化钾与硫酸亚铁的实验数据，分别计算和讨论在I1=2.0A,I2 = 4.0A,I3 = 6.0A时的m、m以及未成对电子数n。4、试讨论亚铁氰化钾和硫酸亚铁中Fe2+离子的外电子层结构和配键类型。、思考题1、简述用古埃磁天平法测定磁化率的基本原理。2、本实验中为什么样品装填高度要求在15 cm左右?3、在不同的励磁