磁化率的测定.docx

【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。 3. 探究样品高度、磁场强弱对磁化率的测定造成的影响，改进细节。 【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。这时该物质内部的磁感应强度B为：B=H +4I= H +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=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。m=m/称为摩尔磁化率。这些数据是宏观磁化率。在顺磁、反磁性研究中常用到和m，帖磁性研究中常用到I、。物质在外磁场作用下的磁化有三种情况1mo，这类物质称为逆磁性物质。2mo，这类物质称为顺磁性物质。2、古埃法测定磁化率 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。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，另一端则在磁场为零处。样品在磁场中受到一个作用力。df=HAdH式中，A表示圆柱玻璃管的截面积。样品在空气中称重，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= (2)因H0H,且可忽略0，则F= (3)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= （4）式中，为样品管加样品在有磁场和无磁场时的质量差；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。 (5)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（5）计算样品的摩尔磁化率。其中，莫氏盐的磁化率符合公式： （6）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 (7)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。B=9.27410-24J/T而磁矩B与摩尔顺磁磁化率m之间有如下关系：410-7 (8)式中，NA为阿伏伽德罗常数；K为玻兹曼常数；T为绝对温度。D-D=m 【仪器与药品】古埃磁天平一台（磁天平，电子天平，励磁电源）平底软质玻璃样品管一支 装样品工具一套（包括研钵、牛角匙、小漏斗、竹针、棉签、玻璃棒）刻度尺一支 摩尔氏盐(NH4)2SO4FeSO46H2O(分析纯); K3Fe(CN)6(分析纯);【实验步骤】标定磁场强度方法如下：1.取一只情节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1(1A),测质量的m空13.继续调大电流开关，至位置2(3A)，测质量得m空24.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5.继续调小电流回到位置1，测质量的m空16.关闭电流测质量得m空27.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1-2cm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8.倒出样品管中的莫氏盐，将样品管清晰干净，吹干。装入研细的硫酸亚铁，装样高度和莫氏盐尽量相同，用相同的方法测量硫酸亚铁的数据9.倒出样品管中的硫酸亚铁，将样品管清晰干净，吹干。装入研细的亚铁氰化钾，装样高度和莫氏盐尽量相同，用相同的方法测量硫酸亚铁的数据【数据记录及处理】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016.121516.121616.12120.0000116.121416.121516.12140.0002316.120816.120916.1209-0.0003样品：莫氏盐，装样高度：14.20cm电流/A空管质量/gm/g(电流升高)(电流降低)平均值029.150929.150529.15070.0000129.157629.157929.15780.0071329.211229.213029.21210.0614样品：硫酸亚铁，装样高度：13.90cm电流/A空管质量/gm/g(电流升高)(电流降低)平均值029.100229.100029.10010.0000129.107429.108129.10780.0077329.165829.168129.16700.0669样品：亚铁氰化钾，装样高度：13.90cm电流/A空管质量/gm/g(电流升高)(电流降低)平均值028.124028.123628.12380.0000128.123328.123428.1234-0.0004328.122328.122028.1222-0.00161、 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=23.8 M校准剂(莫氏盐)=392.17g/mol根据式(3-93)，实验温度下莫氏盐的质量磁化率为：因此，实验温度下莫氏盐的摩尔磁化率为：X校准剂=XM校准剂=392.17g/mol=1.571310-7m3/mol2、 计算待测样品的摩尔磁化率Xm：由式(3-89)计算样品的磁化率，取平均值。设当电流等于1A时，摩尔磁化率为X1，当电流等于3A是，摩尔磁化率为X2.硫酸亚铁.亚铁氰化钾3、 根据Xm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。因为，表明其为顺磁性，硫酸亚铁存在未成对电子。根据，可得，又因为，且，所以，即解得n=3，即硫酸亚铁的未成对电子数为3。而，表明其为反磁性，故亚铁氰化钾没有未成对电子。中心离子【Fe2+】的电子排布： Fe2+：1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d6（1） 莫氏盐（NH4）2SO4 FeSO46H2O 弱场高自旋： d6（2） 硫酸亚铁(FeSO47H2O) 弱场高自旋： d6（3）、亚铁氰化钾K4Fe（CN）63H2O 强场低自旋： d6实验测得硫酸亚铁磁矩大于0，为顺磁性，硫酸亚铁存在磁矩这说明了存在未成对电子数，计算求得n约等于3，但理论值应为4，误差较大。亚铁氰化钾磁矩小于0，为反磁性。【误差分析】造成误差的可能原因及需注意的事项有：1、由于实验实际操作时所使用的仪器已经没有玻璃门，故称量时应尽量不要有大动作的走动，或太多人围观、说话等，应该尽量保持整个称量过程是在没有太多干扰磁场的因素的环境下进行。2、样品管一定要干净。W空管=W空管(H=H)-W空管(H=0)0时表明样品管不干净，应更换。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。样品管的底部要位于磁极极缝的中心,与两磁极两端距离相等。3、由于样品都是研磨完后一段时间才开始测量的，不排除样品会发生相应的吸水和失水，致使分子量会发生变化，使最后所计算出来的结果存在误差。4、测量样品高度h的误差严重影响实验的精度，这从摩尔磁化率的计算公式 可以看出来。而由于最上面的那些样品粉末不能压紧压平，测量高度h的误差还是比较大的。5、装样不紧密也会带来较大误差推导公式时用到了密度，最后表现在高度h中。“装样不紧密”也就是说实际堆密度比理论密度小，这样高度h就会比理论值偏大，即使很准确地测量出高度h，它还是比理论值有一个正的绝对误差。6、励磁电流不能每次都准确地定在同一位置，只能说是保证大概在这个位置附近，因此实际上磁场强度并非每次都是一致的。所以，励磁电流的变化应平稳、缓慢，调节电流时不宜用力过大。加上或去掉磁场时，勿改变永磁体在磁极架上的高低位置及磁极间矩，使样品管处于两磁极的中心位置，尽量使磁场强度前后比较一致。7、读数时最好自始至终由同一个人来读数，以减少由于各人读