磁化率的测定.doc

磁化率的测定Scnu一、实验目的1掌握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 FD-FM-A磁天平一台，电子天平07UC05，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014.363214.363114.36315114.363014.362914.36295-210-4314.361914.361814.36185-1.310-3（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：14.4cm电流/A空管+样本质量/gm /gI（电流升高）II（电流降低）平均值027.456827.457027.4569127.470627.471527.471050.01415327.569527.569427.569450.11255（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：14.3cm电流/A空管+样本质量/gm /gI（电流升高）II（电流降低）平均值028.697928.697828.69785128.715328.718428.716850.019328.852328.860328.85630.15845（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：14.3 cm电流/A空管+样本质量/gm /gI（电流升高）II（电流降低）平均值029.018629.018629.0186129.018229.018129.01815-4.510-4329.015929.015829.01585-2.7510-3五、数据处理（1）样品的磁化率 T=19.1=300.25K M莫氏盐=392.14g/mol=3.960210-7 m3/kg=1.552910-7m3/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：（表5）电流/A13（）/g0.014350.11385（）/g0.01920.15975（）/g-2.510-4-1.4510-3392.14278.03422.39（硫酸亚铁）/ m3mol-11.3994410-71.4657610-7（亚铁氰化钾）/ m3mol-1-2.7395710-9-2.0101010-9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=4.543410-23 J2/T2，接近实验所求，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、 思考与讨论1、 FeSO47H2O的比理论上的m=4.543410-23 J2/T2大，主要原因是，倒出样品管中的样品时，没有样品管清洗干净，吹干。装的样品的高度差也有一定的影响2、 从各个表可知道，不同磁场强度下，测得的样品的摩尔磁化率不相同3、 实验的关键 注意装样的均匀性，粉末样品在管中的装填要求均匀且紧密性非常强 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。 空气对流会产生一定的影响，让样品管在微动，这也是造成实验数据不稳定的主要原因之一 在高磁化率范围内，通常采用莫尔盐为标准样品，莫尔盐时必须注意装样的均匀性与紧密性。 由于磁天平很容易受影响，实验进行时尽量不碰和靠测量仪，避免数据的不稳定性 4、 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