凡 磁化率的测定.doc

华 南 师 范 大 学 实 验 报 告学生姓名 林家荣 学 号 20082401001 专 业 化学(师范) 年级、班级 10化6 课程名称 物理化学实验实验项目 磁化率的测定 实验类型 ：验证设计综合 实验时间 2012 年 11 月 7 日实验指导老师 彭 彬 实验评分 一、实验目的掌握古埃（Gouy）磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。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。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的作用下产生附加磁场，该物质内部的磁感应强度B为：BH+4IH+4H （3-87）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。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。mM/称为摩尔磁化率（M是物质的摩尔质量）。这些数据都可以从实验测得，是宏观磁性物质。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物质，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，顺磁性物质的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。dFHAdH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dF(0)HadH0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是积分问题：F(0)HAdH1/2(0)A(H2H02) (3-88)因H0H，且忽略0，则F1/2AH 2 (3-89)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。F(m样m空) g (3-90)2FAH2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， m样品AhM而m ， ，h为样品高度，A为样品管截面积，m样品为样品质量。M2FAH2Mm样品Ah2(m样m空) ghMm样品H2 m (3-91) 只要测量样品重量的变化、磁场强度H以及样品高度h，即可根据式（3-91）计算样品的摩尔磁化率。h样品M样品m校准剂(m样品m空)样品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（3-91）h校准剂m样品M校准剂(m校准剂m空)校准剂 (m校准剂m空)m样品M校准剂(m样品m空)m校准剂M样品h样品h校准剂样品 校准剂 (3-92) 常用的校准样品有(NH4)2SO4FeSO46H2O(莫氏盐)，HgCo(CNS)4、Ni(en)3S2O3。其中，(NH4)2SO4FeSO46H2O的磁化率符合公式 10-4 (3-93)1.1938T1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m n(n2) B （3-94）式中，n是分子中未成对电子数；B是电子磁矩的基本单位，称为玻尔磁子（Bohrmagneton）。4mcehB 9.27410-24J/T 而磁矩与摩尔顺磁磁化率之间有如下关系：NAm2m 410-7 (3-95)3KT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（3-95）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（3-94）计算样品的未成对电子数。若测得的则表示物质是反磁性物质m0，未成对电子数为零。三、仪器与试剂（1）仪器：磁天平1台，样品管1支，直尺1把，温度计1支。（2）试剂：莫尔氏盐(NH4)2SO4FeSO46H2O，分析纯；硫酸亚铁FeSO47H2O，分析纯；亚铁氰化钾K4Fe(CN)63H2O，分析纯。四、实验步骤标定磁场强度方法如下。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。调节磁天平电流开关，由小至大调节至指定位置1（1A），测质量得m空1。继续调大电流开关，至位置2（3A），测质量得m空2。继续升高电流至位置3（4A），停留一定时间，然后调小电流从位置3回到位置2，测质量得m空2。继续调小电流回到位置1，测质量得m空1。关闭电流测质量得m空。表3-26 数据记录表（空管）电流/A空管质量/gm空/g（电流升高）（电流降低）平均值01314.428314.428214.427614.428414.428314.427514. 428414. 428314. 42760.0000-0.0001-0.0008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，按照控管的测量方法测量样品管的重量。表3-27 样品：莫氏盐，装样高度： 13.4 cm电流/A空管样本质量/gm/g（电流升高）（电流降低）平均值01327.546027.561227.686027.546027.563327.691227.546027.562227.68860.00000.01620.1426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3-28 样品：硫酸亚铁，装样高度： 13.3 cm电流/A空管样本质量/gm/g（电流升高）（电流降低）平均值01326.745526.752026.814826.743826.749326.814926.744726.750726.81490.00000.00600.0702导出样品观众的硫酸亚铁，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3-29 样品：亚铁氰化钾，装样高度： 13.4 cm电流/A空管样本质量/gm/g（电流升高）（电流降低）平均值01326.984826.984626.982626.984926.984526.982526.984926.984626.98260.0000-0.0003-0.0023五、数据处理计算校准样品的磁化率：根据式（3-93）计算实验温度下莫氏盐的磁化率。 t 26.2 M校准剂（莫氏盐）392.1710-3 kg/mol 根据式（3-93），实验温度下莫氏盐的质量磁化率为：T11.1938 10-4 10-4 3.974710-7 m3/kg1.1938（26.2273.15）1 因此，实验温度下莫氏盐的摩尔磁化率为： 校准剂M校准剂3.974710-7 m3/kg 392.1710-3 kg/mol1.558810-7 m3/mol计算待测样品的摩尔磁化率m：由式（3-89）计算各样品的的磁化率，取平均值。h样品M样品m校准剂(m样品m空)样品 校准剂h校准剂M校准剂m样品(m校准剂m空) 设当电流等于1A时，摩尔磁化率为1；当电流等于3A时，摩尔磁化率为2.硫酸亚铁FeSO47H2O0.0060(-0.0001) 27.562214. 4283 278.03 13.30.0162(-0.0001) 26.984614. 4283 392.17 13.41 1.558810-7 0.437510-7 m3/mol0.1426（0.0008） 26.814914.4275 392.17 13.40.0702（0.0008） 27.688614.4275 278.03 13.32 1.558810-7 0.581410-7 m3/molm(硫酸亚铁)1/2 (12) 1/2（0.43750.5814）10-7 0.509510-7 m3/mol.亚铁氰化钾K4Fe(CN)63H2O0.0003(-0.0001) 27.562214. 4283 422.39 13.40.0060(-0.0001) 24.804214. 4283 392.17 13.41 1.558810-7 0.069710-7 m3/mol0.0023（0.0008） 27.688614.4275 422.39 13.40.1426（0.0008） 26.982614.4275 392.17 13.42 1.558810-7 0.011910-7 m3/molm(亚铁氰化钾)1/2 (12) 1/20.0697（0.0119）10-7 0.039910-7 m3/mol根据m计算样品的未成对电子数：由式（3-95）计算磁矩m，再由式（3-94）计算样品分子重金属离子的未成对电子数。m 410-73KTNAm2根据 m m3KTNA410-7可得 m3KT 0.509510-731.380710-23（26.2273.15）NA410-7 6.02102343.14110-7m（硫酸亚铁） 5.07810-23 4mcehB 9.27410-24J/T m n(n2) B 又因为 且 所以 n22n(m/B)2025.07810-23 即 9.27410-24 n22n n22n29.9810 n 212 2241（29.981）解得 n4（舍掉负值）即硫酸亚铁的未成对电子数为4 而m(亚铁氰化钾) 0.039910-7 m3/mol0因此亚铁氰化钾没有未成对电子六、提问与思考实验操作中应该注意的问题。答：1所测样品应研细。2天平称量时，必须关上磁极架外面的玻璃门，以免空气流动干扰称量。3通电和断电前，务必将电源旋钮调到最小或励磁电流为零，励磁电流的升降应平稳。4样品管一定要干净。装样时应使样品均匀填实，测量样品的装填高度应尽量一致。装样时不要一次加满，应分次加入，边加边碰击填实后，再加再填实，尽量使样品紧密均匀。5样品管应悬于两磁极之间，底部与磁极中心线齐平。6挂样品管的悬线不要与任何物体接触。7外加磁场后，应检查样品管是否与磁极相碰，若相碰，应轻轻旋转样品管的木塞，调整样品管的位置。实验误差的来源。答：1材料性质会影响古埃磁天平测定物质磁化率的精密度： 古埃磁天平只能测量弱磁性物质。对于强磁性物质，将样品管悬于磁极的中心位置时，样品管立即被吸附在磁极上，无法进行测量。 2磁场强度的影响： 对于弱磁性物质，如果磁场强度过大，将样品管悬于磁极的中心位置时，样品管也有被磁极吸附而倾斜的现象，给测量带来困难，或者天平显得极不灵敏而无法进行测量。因此实验电流的大小很重要。 3实验操作的影响：由于弱磁性物质在加磁场前后质量差异较小，因此测量时应细心操作