络合物磁化率的测定

络合物磁化率的测定院系：化学化工学院专业：化学工程与工艺学号：姓名：实验日期：2014-11-27指导老师：一、实验目的1．掌握古埃法磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法；2．通过对一些络合物的磁化率测定，推算其不成对电子数，判断这些分子的配键类型。

二、实验原理1．在外磁场的作用下，物质会被磁化产生附加磁感应强度；则物质内部的磁感应强度等于

B=QUOTE+B′=QUOTEH+B′

（Ⅱ—30—1）式中QUOTE为外磁场的磁感应强度；B′为附加磁感应强度；H为外磁场强度；QUOTE为真空磁导率，其数值等于4π×10-7N／A2。物质的磁化可用磁化强度M来描述，M也是矢量，它与磁场强度成正比。

M=χH

（Ⅱ—30—2）式中χ为物质的体积磁化率，是物质的一种宏观磁性质。B′与M的关系为：

B′=QUOTEM=χQUOTEH

（Ⅱ—30—3）将（Ⅱ—30—3）代入（Ⅱ—30—1）式得：

B=（1+χ）QUOTEH=QUOTEH（Ⅱ—30—4）式中μ称为物质的（相对）磁化率。化学上常用质量磁化率χm或摩尔磁化率χM来表示物质的磁性质。

χm=χ/ρ

（Ⅱ—30—5）

χM=Mχm=（Mχ）/ρ（Ⅱ—30—6）式中ρ、M分别是物质的密度和摩尔质量。χm的单位是m3/kg，χM的单位是m3/mo。

2．物质的磁性与组成物质的原子，离子或分子的微观结构有关，当原子、离子或分子的两个自旋状态电子数不相等，即有未成对电子时，物质就具有永久磁矩。由于热运动，永久磁矩的指向各个方向的机会相同，所以该磁矩的统计值等于零。在外磁场作用下，具有永久磁矩的原子，离子或分子除了其永久磁矩会顺着外磁场的方向排列。(其磁化方向与外磁场相同，磁化强度与外磁场强度成正比)，表观为顺磁性外，还由于它内部的电子轨道运动有感应的磁矩，其方向与外磁场相反，表观为逆磁性，此类物质的摩尔磁化率χM是摩尔顺磁化率χμ和摩尔逆磁化率χ0的和

χM=χμ+χ0

（Ⅱ—30—7）但由于χμ>>|χ0|，故顺磁性物质的μ>1，χM>0，可以近似地把χμ当作χM，即

χM≈χμ

（Ⅱ—30—8）3．磁化率是物质的宏观性质，分子磁矩是物质的微观性质，用统计力学的方法可以得到摩尔顺磁化率χμ和分子永久磁矩μm间的关系

χμ=（Lμm2μ0）/3kT=C/T

（Ⅱ—30—9）式中L为阿佛加德罗常数；k为波尔兹曼常数；T为绝对温度。物质的摩尔顺磁磁化率与热力学温度成反比这一关素，称为居里定律，是居里首先在实验中发现，C为居里常数。分子的摩尔逆磁磁化率χ0是由诱导磁矩产生的，它与温度的依赖关系很小。因此具有永久磁矩的物质的摩尔磁化率χM与磁矩间的关系为：

χM=χ0+（Lμm2μ0）/3kT≈（Lμm2μ0）/3kT（Ⅱ—30—10）该式将物质的宏观物理性质（χM）和其微观性质（μm）联系起来了，因此只要实验测得χM，代入（Ⅱ—30—10）式就可算出永久磁矩μm。物质的永久永久磁矩μm和它所包含的未成对电子书n的关系可用下式表示：

μm=[n（n+2）]1/2μB

（Ⅱ—30—11）式中μB为玻尔磁子，其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩。

μB=eh/4πme=9.274078*10-24A·m2

（Ⅱ—30—12）式中h为普朗克常数；me为电子质量。H可由己知单位质量磁化率的莫尔氏盐来间接标定，χM与温度的关系为χM=[1.1938/（T+1）]*10^-4三、实验仪器及药品古埃磁天平

，软质玻璃样品管FeSO4·7H2O(分析纯)，莫尔氏盐（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O(分析纯)，K4Fe(CN)6·3H2O(分析纯)装样品工具（研钵、角匙、小漏斗、玻棒）

四、实验步骤1．取一只清洁干燥的空样品管悬挂在天平的挂钩上，使样品管正好于磁极中心平齐，但样品管不可与磁极相接触，也不与探头接触。2．测定“空管”的质量（1）在电流为0时,准确称取空样品管质量；（2）调节电流旋钮，使电流为0.6mA时，记录称量结果；注：这样调节电流由小到大，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。（7）计算两个0mA和0.6mA时的空样品管质量的平均值，作为空样品管的质量值；（8）重复测定一次，最后取两次测定的平均值，作为空样品管质量的最终值。3．测定“样品+空管”的质量（1）用莫尔氏盐标定外磁场的强度H取下空样品管，装入事先研细并干燥过的莫尔氏盐，并不断让样品管地步在软垫上轻轻碰击，样品均匀填实，直至样品高度超过10cm，继续碰击至样品高度不变为止。精确测量样品的高度。（2）用上述方法测量（样品+空管）的质量和磁场中的质量。分别测定FeSO4·7H2O(分析纯)、莫尔氏盐（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O(分析纯)、K4Fe(CN)6·3H2O(分析纯)的摩尔磁化率。五、数据处理T=20℃=293.15K，h=14cm=0.14m,N0=6.023×10^23,K=K=1.38×10^-23J/KμB=9.274*10^-24A.m2，g=9.80,μ0=4∏10^-07N.A-2莫尔氏盐：(NH4)2SO4•FeSO4•6H2O，M=0.3921Kg/molXM=9500/(T+1)*4*3.14*10^-09*M=9500/(294.55+1)*4*3.1410^-09*0.3921=1.58*10^-07m3.mol-1,=1.58*10^-07,得：H=2.1583*10^+05A.M-1。亚铁氰化钾:K4[Fe(CN)6]•3H2O,M=0.422Kg/mol第一次磁感应强度0A0.6A空瓶/g24.463524.4643△m(空）0.0008加样品后/g32.918832.9184△m（加样）/g-0.0004差值/g-0.0012样品重m/g8.4553=3.06*10^-10m3.mol-1,χm=χ顺=(N0μ0μm2)/3kT=3.06*10^-10/M=7.25*10^-10得：μm=3.42*10^-24J.T-1μ0/μB=3.69E-01由：得n=0硫酸亚铁：FeSO4•7H2O，M=0.278Kg/mol第一次磁感应强度0A0.6A空瓶/g24.463524.4643△m(空）0.0008加样品后/g35.718235.7207△m（加样）/g0.0025差值/g0.0017样品重m/g11.2947=4.087*10^-8m3.mol-1,χm=χ顺=(N0μ0μm2)/3kT=4.087*10^-8/0.278=1.47*10^-7得：μm=4.87*10^-23J.T-1μ0/μB=5.25，n(n+2)=27.6,得n≈4.六、误差分析1、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。2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。3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。七、思考题1．不同励磁电流下测得的样品摩尔磁化率是否相同?答：相同，摩尔磁化率是物质特征的物理性质，不会因为励磁电流的不同而变。但是在不同励磁电流下测得的cM稍有不同，。主要原因在于天平测定臂很长（约50cm），引起Dw的变化造成的，当然温度的变化也有一定影响。2．用古埃磁天平测定磁化率的精密度与哪些因素有关?答：（1）样品管的悬挂位置：正处于两磁极之间，底部与磁极中心线齐平，悬挂样品管的悬线勿与任何物体相接触；（2）摩尔探头是否正常：钢管是否松动，若松动，需坚固；（3）温度光照：温度不宜高于60℃，不宜强光照射，不宜在腐蚀性气体场合下使用；（4）摩尔探头平面与磁场方向要垂直；（5）空样品管需干燥洁净，每次装样高度，均匀度需一样，测量结果的精密才高。3．样品在玻璃管中的填充密度对测量有何影响？答：当填充密度不足，即压不紧使，可能出现所测物质的密度ρ减少，根据χM=Mχm=（Mχ）/ρ，会使得χM值偏大。