磁化率的测定
结构化学实验报告题目：磁化率的测定
报告作者：
学号：
班级：级化教班
指导老师：彭斌老师
实验时间：年月日
磁化率的测定
一、【实验目的】
1．掌握古埃（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(A ·m-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： B ＝H 十H'＝H+4πI=H 十4πκH (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κ=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κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ，σ=I/ρ称为克磁化强度；χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。Χm=κM/ρ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χ和χm ，铁磁性研究中常用到I 、σ。 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χm>0而反磁性物质的χm<0。 （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。
HAdH
dF κ=
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
HAdH dF )(0κκ-=
κ0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是个积分问题：
?--==0)
(21
20200H H H H A HdH A F κμκμ
因H0< 21 AH F κ= 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。 g m m )(F 空样?-?= 式中，Δm 样为样品管加样品在有磁场和无磁场时的质量差；Δm 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， 22AH F = κ 而 ρκχM m = ，Ah 样品 m =ρ，h 为样品高度，A 为样品管截面积，m 样品为样品质量。 22)(2Ah 2H m ghM m m m AH F M m 样品空样样品?-?= ==ρκχ① 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①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①式： 校准剂样品 校准剂样品样品校准剂空校准剂空品样校准剂样品h h M M m m m m m m ????-??-?=)()m (χχ② 校准剂 校准剂 样品校准剂样品样品校准剂空校准剂空品样样品χχh h M M m m m m m m ????-??-?=)()m (③ 常用的校准样品有（NH4）2SO4 FeSO4·6H2O （莫氏盐）、HgCo （CNS ）4、Ni （en ）3S2O3。其中，（NH4）2SO4 FeSO4·6H2O 的磁化率符合公式： 4 1011938 .1-?+= T χ④ 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 ⑤ 式中，n 是分子中未成对电子数；μB 是电子磁矩的基本单位，称为波尔磁子。 T J mc eh B /10274.9424-?== πμ⑥ 而磁矩μm 与摩尔顺磁磁化率χm 之间有如下关系： 7 2 1043-??=πμ χKT N m A m ⑦ 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⑦式可以利用测量出的物质的摩尔顺磁化率χm 计算出μm ，然后根据⑤式计算样品的未成对电子数。若测得的χm<0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）仪器磁天平(上海复旦天欣科教仪器有限公司50026)一台，样品管一支，直尺一把，温度计一支。 （2）试剂莫尔氏盐（NH4）2SO4 FeSO4·6H2O，分析纯；硫酸亚铁FeSO4·7H2O，分析纯；亚铁氰化钾K4Fe（CN）6·3H2O，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/g Δm空/g I（电流升高）II（电流降低）平均值 0 16.3516 16.3516 16.3516 1 16.3517 16.3514 16.35155 -0.00005 3 16.351 4 16.3513 16.3513 5 -0.0002 （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。 表2 样品：莫氏盐，装样高度：13.5 cm 电流/A 空管+样本质量/g Δm /g I（电流升高）II（电流降低）平均值 0 28.4009 28.4006 28.40075 1 28.4046 28.4046 28.4046 0.00385 3 28.4312 28.4323 28.43175 0.02715 （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：13.4 cm 电流/A 空管+样本质量/g Δm /g I（电流升高）II（电流降低）平均值 0 29.0040 29.0037 29.00385 1 29.009 2 29.0097 29.00945 0.0056 3 29.0488 29.0491 29.04895 0.03905 （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：13.5 cm 电流/A 空管+样本质量/g Δm /g I（电流升高）II（电流降低）平均值 0 26.7772 26.7774 26.7773 1 26.7770 26.7774 26.7772 -0.0001 3 26.7767 26.7767 26.7767 -0.0005 五、【数据处理】 （1）样品的磁化率 T=30℃=303.15K M 莫氏盐=392.14g/mol 4 1011938 .1-?+= T χ=3.925×10-7 m3/kg=1.539×10-7m3/mol （2）待测样品的摩尔磁化率χm 由③式可计算电流为1A 时，FeSO4·7H2O 的摩尔磁化率： 莫氏盐 莫氏盐硫酸亚铁 莫氏盐硫酸亚铁硫酸亚铁莫氏盐空莫氏盐空硫酸亚铁硫酸亚铁χ χh h M M m m m m m m ????-??-?= )()( mol m cm cm g g /101.5395.134.1314.39203.27812.65225g 12.04915g 0039.000565.037-?????= mol m /10494282 .13 7 -?= 同理可以分别计算电流强度为1A 、3A 时，FeSO4·7H2O 、K4Fe （CN ）6·3H2O 的摩尔磁 化率 数据处理如下表： 电流/A 1 3 （空 莫氏盐m m ?-?）/g 0.0039 0.02735 （空硫酸亚铁m m ?-?）/g 0.00565 0.03925 （ 空 亚铁氰化钾m m ?-?）/g -0.00015 -0.0007 莫氏盐 M 392.14 硫酸亚铁M 278.03 亚铁氰化钾 M 422.39 莫氏盐 m 12.04915 硫酸亚铁 m 12.65225 m 亚铁氰化钾 10.4257 m χ（硫酸亚铁）/ m3·mol-1 710494282.1-? 1.480237×10-7 m χ（亚铁氰化钾）/ m3·mol-1 -7.368667×10-9 -4.903464×10-9 则FeSO4·7H2O 的摩尔磁化率平均值为： mol m m /10487269.12101.480237101.49428237--7 -7?=?+?=χ K4Fe （CN ）6·3H2O 的摩尔磁化率平均值为： mol m m /10136066.62104.903464-107.368667-39--9 -9?-=??=χ （3）根据χm 计算样品的未成对电子数 a 、FeSO4·7H2O 由7 2 1043-??=πμ χKT N m A m 得： 7 23233-77 1041002.615.303/10380662.1/10487260.131043---????????=??= ππχμK K J mol m N KT A m m 2223 /10968478 .4T J -?= 又因为、μB=9.274078×10-24，所以： 当n=1时，μ m=1.6063×10-23 J2/T2； 当n=2时，μm=2.6231×10-23 J2/T2； 当n=3时，μm=3.5918×10-23 J2/T2； 当n=4时，μm=4.5434×10-23 J2/T2； 当n=5时，μ m=5.4866×10-23 J2/T2。 由此可以看出，当n=4时，μm=4.968478×10-23 J2/T2，接近2 223/10778.4T J m -?=μ， 则FeSO4·7H2O 的未成对电子数是4。 b 、K4Fe （CN ）6·3H2O 因为0/10136066.63 -9 六、【实验思考与讨论】 ①测定空样品管的重量的操作过程中，不要用手、脚、胳膊或身子碰挤或挪动操作台和天平 ②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 ③天平称量时，必须关上磁极架外面的玻璃门，以免空气流动对称量的影响。 ④ 注意装样的均匀性，粉末样品在管中的装填要求均匀，否则，由此引起的相对误差可 达3%。采用多次反复测定并取平均值，可使误差减少到1%。 ⑤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。 ⑥避免空气对流的影响，有条件时可采用真空系统。 ⑦选用合适的标准样品，需根据测量目的选用，一般选取易得的、稳定性好、纯度高、重现性好的标准样品，且希望标准样品的磁化率和密度尽可能和测试样品相近。在高磁化率范围内，通常采用莫尔盐为标准样品，用莫尔盐时必须注意装样的均匀性。 ⑧防止铁磁性物质的混入，不可使用含铁、镍的角匙或镊子。 ⑨测定磁化率的主要方法为受力法——测定物体在磁场中所受力的大小来求磁化率。作为测定方法中最简易的Gouy法，其条件总结如表： 方法磁场条件样品的物理特 性最低用 量 应用误差温度控制 W.Gouy 法均匀磁场，推荐 用 3000~150000Oe 的电磁铁或 50000Oe的永久 磁铁 粉末固体，纯 液体和溶液 0.5g固 体 5mL液 体 仅应用于 反磁性和 顺磁性物 质 0.1 % 可在广泛 的范围内 控制 ⑩Gouy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，不能用于铁磁性及超顺磁性物质的研究，通常也不适用于各向异性磁化率的测定，在应用上受到一定的限制。 七、【思考题】 讨论被测化合物的中心离子[Fe2+]的d电子排布 答：Fe的核外电子排布为3d6 4s2，则Fe2＋的核外电子排布为3d6。 （1）在FeSO4·7H2O中，因为[Fe2+]的未成对电子数是4，则其d电子排布为 电子即为高自旋排布，H2O为弱场配体。 （2）在K4Fe(CN)6·3H2O中，因为[Fe2+]的未成对电子数为0，则其d电子排布为 电子即为低自旋排布，CN-为强场配体。 参考文献 [1] 何广平，南俊民等. 物理化学实验[M]. 北京：化学工业出版社，2007.12 [2] 柯伊侃.大学化学实验[M]. 北京：化学工业出版社，2001 络合物的磁化率测定 1.实验目的及要求 1）掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的原理和方法。 2）通过测定一些络合物的磁化率，求算未成对电子数和判断这些分子的配键类型。 2.实验原理 2.1 物质的磁性 根据物质在磁场下的作用情况，即物质对磁场的影响（磁性），可将物质分为抗磁性（逆磁性）和顺磁性（以及铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性、超顺磁性和其它类型）等。简单说，抗磁性就是指物质在磁场作用下会产生对磁场的一定的微弱作用力，而顺磁性是指物质在磁场作用下会产生一个与磁场方向相同的作用力。关于顺磁性的一种解释是顺磁性物质可以被看作是由许多微小的磁棒组成的，这些磁棒可以旋转，但是无法移动。这样的物质受到外部磁场的影响后其磁棒主要顺磁力线方向排列，但是这些磁棒互相之间不影响。热振动不断地使得磁棒的方向重新排列，因此磁棒指向不排列比排列的可能性高。因此磁力线的强度越强顺磁性物质内磁棒的排列性就越强。抗磁性的成因，是当物质处在外加磁场中，外加磁场使得物质电子轨道运动产生改变的连带效应。当施加一外源磁场B 时，会对运动中的电子（电荷q）产生了磁力F：F = q v ×B。此力改变了电子所受的向心力，使得电子轨道运动或是加速，或是减慢。电子速度因此受到改变，而连带改变了其与外加磁场相反方向上的轨道磁矩。所有物质都会对外加磁场作出不同程度的抗磁性反应；但是对于同时拥有其他磁性性质的材料来说（如铁磁性和顺磁性），抗磁性可以完全忽略不计。在无外加磁场时，分子内的各种微磁矩随机排列，故不显示磁性。 2.2 磁化率 物质在外磁场作用下，物质会被磁化产生一附加磁场。物质的磁感应强度等 于： '' 00 B B B H B μ =+=+ （1） 式中B0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；μ0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。 磁化率的测定 1.实验目的 1.1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。 1.2掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。 2.实验原理 2.1摩尔磁化率和分子磁矩 物质在外磁场H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0被磁化的程度用磁化率χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关： χ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χ表示磁化程度，它与χ的关系为m 。·mol －13 M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。χ的单位为m式中m物质在外磁场作用下的磁化现象有三种：。当它受到=0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，μm，相应产生一种与外磁场方向相反的感应磁矩。如同线”外磁场作用时，内部会产生感应的“分子电流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，如表示，且χ<0。χCuHg，，Bi等。它的χ称为反磁磁化率，用m反反第二种，物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子，它的电子角动量总和不等于零，分。这些杂乱取向的分子磁矩μ≠0子磁矩m Cr，其方向总是趋向于与外磁场同方向，在受到外磁场作用时，这种物质称为顺磁性物质，如Mn， 表示。Pt等，表现出的顺磁磁化率用χ顺χχ但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩，因此它的是顺磁磁化率χ。与反磁磁化率m顺之和。因|χ|?|χ|，所以对于顺磁性物质，可以认为χ＝χ，其值大于零，即χ>0。mm顺顺反反第三种，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μ关系可由居里－郎之万公式表示：m 为真空，J·Kμ×10)mol10)，、k为玻尔兹曼常数(1.3806×式中L为阿伏加德罗常数(6.022 －－1231-23 0－－27可作为由实验测定磁化率来研究物质内部结构，T为热力学温度。式磁导率（4π× 10((2-136)N·A 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： 物理化学实验报告 院系化学化工学院 班级化学 061 学号 13 姓名沈建明 实验名称 络合物的磁化率的测定 日期 同组者姓名 史黄亮 室温 ℃ 气压 kPa 成绩 一、目的和要求 1、掌握古埃（Gouy ）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、基本原理 物质的磁性一般可分为三种: 顺磁性, 反磁性和铁磁性。 a .反磁性是指磁化方向和外磁场方向相反时所产生的磁效应。反磁物质的χD < 0（电子的拉摩进动产生一个与外磁场方向相反的诱导磁矩，导致物质具有反磁性）。 b. 顺磁性是指磁化方向和外磁场方向相同时所产生的磁效应，顺磁物质的 Xp > 0。（外磁场作用下，粒子如原子、分子、离子，中固有磁矩产生的磁效应）。 c. 铁磁性是指在低外磁场中就能达到饱和磁化，去掉外磁场时，磁性并不消失，呈现出滞后现象等一些特殊的磁效应。 d. 摩尔磁化率： 古埃法测定物质的摩尔磁化率（ ）的原理 通过测定物质在不均匀磁场中受到的力，求出物质的磁化率 。 把样品装于园形样品管中，悬于两磁极中间,一端位于磁极间磁场强度最大区域 H ，而另一端位于磁场强度很弱的区域 H 0，则样品在沿样品管方向所受的力F 可表示为： M χH F mH Z χ?=?P P D M χχχχ≈+= 其中：m 为样品质量，H 为磁场强度， 为沿样品管方向的磁场梯度。 本实验用摩尔氏盐(六水合硫酸亚铁铵)标定外磁场强度H 。测定亚铁氰化钾 和硫酸亚铁的摩尔磁化率，求金属离子的磁矩并考察电子配对状况。 三、仪器、试剂 MB-1A 磁天平(包括电磁铁，电光天平，励磁电源) 1套 软质玻璃样品管 1只 角匙 1只 漏斗 1只 莫尔氏盐(NH 4)2SO 4·FeSO 4·6H 2O （分析纯） FeSO 4·7H 2O （分析纯） K 4Fe(CN)6·3H 2O （分析纯） 四、实验步骤 1. 磁场强度（H ）的测定 ： 用已知摩尔磁化率的莫尔氏盐标定某一固定励磁电流时的磁场强度（H ）.励磁电流变化0A →3A →→4A →→3A →0A ，分别测定励磁电流在各值下的天平的读数（4A 的值可以不读，持续2分钟左右，消磁），用同一仪器在同等条件下进行后续的测定。 具体操作如下： （1）把样品管悬于磁场的中心位置，测定空管在加励磁电流前，后磁场中的重 量。求出空管在加磁场前，后的重量变化管 ，重复测定三次读数，取平均值。 （2）把已经研细的莫尔氏盐通过小漏斗装入样品管，样品高度约为8m （此时样 品另一端位于磁场强度H=0处）。读出样品的高度，要注意样品研磨细小，装样均匀不能有断层。测定莫尔氏盐在加励磁电流前，后磁场中的重量。求出在加磁场前后的重量变化样品+管，重复测定三次读数，取平均值。 2．样品的莫尔磁化率测定： 把测定过莫尔氏盐的试管擦洗干净，把待测样品 ，分别装在样品管中，按着上述步骤（1） ，（2）分别测定在加磁场前，后的重量。求出重量的变化（管和样品+管），重复测定三次读数，取 H Z ??[]462()3K Fe CN H O ?4 2 7FeSO H O ? 磁化率测定 Ⅰ、目の要求 1、测定物质の摩尔磁化率，推算分子磁矩，估计分子内未成对电子数，判断分子配键の类型。 2、掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率の原理和方法。 Ⅱ、仪器与试剂 Ⅲ、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，由于电子等带电体の运动，会被磁化而感应出一个附加磁场H'。物质被磁化の程度用磁化率χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度の比值有关： χ为无因次量，称为物质の体积磁化率，简称磁化率，表示单位体积内磁场强度の变化，反映了物质被磁化の难易程度。化学上常用摩尔磁化率χm表示磁化程度，它与χの关系为 式中M、ρ分别为物质の摩尔质量与密度。χmの单位为m3·mol －1。 物质在外磁场作用下の磁化现象有三种： 第一种，物质の原子、离子或分子中没有自旋未成对の电子，即它の分子磁矩，μm=0。当它受到外磁场作用时，内部会产生感应の“分子电流”，相应产生一种与外磁场方向相反の感应磁矩。如同线圈在磁场中产生感生电流，这一电流の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。 它のχm称为反磁磁化率，用χ 反表示，且χ 反 <0。 第二种，物质の原子、离子或分子中存在自旋未成对の电子，它の电子角动量总和不等于零，分子磁矩μm≠0。这些杂乱取向の分子磁矩 在受到外磁场作用时，其方向总是趋向于与外磁场同方向，这种物质称为顺磁性物质，如Mn，Cr，Pt等，表现出の顺磁磁化率用χ 顺 表示。 但它在外磁场作用下也会产生反向の感应磁矩，因此它のχm是顺磁磁化率χ顺。与反磁磁化率χ反之和。因|χ顺|?|χ反|，所以对于顺磁性物质，可以认为χm ＝χ 顺 ，其值大于零，即χm>0。 第三种，物质被磁化の强度随着外磁场强度の增加而剧烈增强，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。 磁化率的测定实验报告 1. 实验目的 1.1 掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的原理和方法。 1.2 测定三种络合物的磁化率，求算未成对电子数，判断其配键类型。 2. 实验原理 2.1 磁化率 物质在外磁场中，会被磁化并感生一附加磁场，其磁场强度 H ′ 与外磁场强度 H 之和称为该物质的磁感应强度 B ，即 B = H + H′ (1) H ′与H 方向相同的叫顺磁性物质，相反的叫反磁性物质。还有一类物质如铁、钴、镍及其合金，H ′比H 大得多（H ′ / H ）高达10 4，而且附加磁场在外磁场消失后并不立即消失，这类物质称为铁磁性物质。 物质的磁化可用磁化强度I 来描述，H ′ =4πI 。对于非铁磁性物质，I 与外磁场强度H 成正比 I = KH (2) 式中，K 为物质的单位体积磁化率(简称磁化率)，是物质的一种宏观磁性质。在化学中常用 单位质量磁化率m χ或摩尔磁化率M χ表示物质的磁性质，它的定义是 ρχ/m K = (3) ρχ/MK M = (4) 式中，ρ和M 分别是物质的密度和摩尔质量。由于K 是无量纲的量，所以m χ和M χ的单位分别是cm 3?g -1和cm 3?mol -1 。 磁感应强度 SI 单位是特［斯拉］(T)，而过去习惯使用的单位是高斯(G)，1T=104G 。 2.2 分子磁矩与磁化率 物质的磁性与组成它的原子、离子或分子的微观结构有关，在反磁性物质中，由于电子自旋已配对，故无永久磁矩。但是内部电子的轨道运动，在外磁场作用下产生的拉摩进动，会感生出一个与外磁场方向相反的诱导磁矩，所以表示出反磁性。其M χ就等于反磁化率反χ，且 M χ< 0。在顺磁性物质中，存在自旋未配对电子，所以具有永久磁矩。在外磁场中，永久磁矩 华南师范大学实验报告学生姓名学号 专业化学（师范）年级班级 课程名称结构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2013年10月29日 实验指导老师彭彬实验评分 【实验目的】 1．掌握古埃（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。 【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(A·m-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+4πI= H+4πκH(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κ=I/H称为物质的体积磁化率。I和κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ，σ=I/ρ称为克磁化强度；χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。χm=ΚM/ρ称为摩尔磁化率（M是物质的摩尔质量）。这些数据可以从实验中测得。在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm，铁磁性研究中常用到I、σ。 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，χm＜o，这类物质称为反磁性物质。χm＞o，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=κHAdH 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=(κ-κ0)HAdH κ 0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是积分问题： F= )()(2 1d )(202000 H H A H HA H H --= -? κκκκ (2) 因H 0＜＜H,且可忽略κ0，则 F= 22 1 AH κ (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=g )m -m (空样? （4） 式中，样m ?为样品管加样品在有磁场和无磁场时的质量差；空m ?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，2 2AH F = κ 而 ρκχM = m ，h m A 样品 =ρ，h 为样品高度，A 为样品管截面积，m 样品为样品质量。 ()2 2m m gh m -m 2m 2H M M AH F M 样品空 样样品??= ==ρκχ (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： 4-10*1 T 1938 .1m ∧+=χ （6） （3）简单络合物的磁性与未成对电子 配合物磁化率的测定 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. 用古埃磁天平测定FeSO4·7H2O、K4Fe（CN）6·3H2O这两种配合物的磁化率，推算其不成对电子数，从而判断其分子的配键类型。 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 B=B0+B‘=μ0+B’(1) 式中：B0为外磁场的磁感应强度；B‘为物质磁化产生的附加磁感应强度；H为外磁场强度；μ0为真空磁导率，其数值等于4π*10^(-7)N*A-2。 物质的磁化可用磁化强度M来描述，M也是一个矢量，它与磁场强度成正比 M=χ*H （2） 式中：χ称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‘=μ0M=χμ0H （3） 将式（3）代入式（1）得 B=（1+χ）μ0H=μμ0H （4） 式中μ称为物质的（相对）磁导率。 化学上常用单位质量磁化率χm或摩尔磁化率χM来表示物质的磁性质，它们的定义为χm=χ/ρ（5） χM=M*χm=M*χ/ρ（6） 式中：ρ为物质密度；M为物质的摩尔质量。 （2）物质的原子、分子或离子在外磁场作用下的三种磁化现象 第一情况是物质本身不呈现磁性，但由于其内部的电子轨道运动，在外磁场作用下会产生拉摩进动，感应出一个诱导磁矩来，表现为一个附加磁场，磁矩的方向与外磁场相反，其磁化强度与外磁场强度成正比，并随着外磁场的消失而消失，这类物质称为逆磁性物质，其μ<1,χM<0。 第二种情况是物质的原子、分子或离子本身具有永久磁矩μm，由于热运动，永久磁矩指向各个方向的机会相同，所以该磁矩的统计值等于零。但在外磁场作用下，永久磁矩会顺着外磁场方向排列，其磁化方向与外磁场相同，其磁化强度与外磁场强度成正比，此外物质内部的电子轨道运动也会产生拉摩进动，其磁化方向与外磁场相反。我们称具有永久磁矩的物质为顺磁性物质。显然，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之和 χM=χμ+χ0 （7） 但由于χμ>>|χ0|，故有 χM≈χμ（8） 顺磁性物质的μ>1，χM>0。 第三种情况是物质被磁化的强度与外磁场强度之间不存在正比关系，而是随外磁场强度的增加呈剧烈增加，而外磁场消失后，这种物质的磁性并不消失，呈现出滞后的现象，这类磁性物质称为铁磁性物质。这类物质不在本实验的讨论范围。 络合物的磁化率的测定 班级：2012级化学（1）班 学号：20125051163 姓名：冯亚威 成绩： 一、实验目的 1．掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的原理和方法。 2．测定两种络合物的磁化率，求算未成对电子数，判断其配键类型。 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 =B 0 +B ,=μ0H +B , ① 式中B 0为外磁场的感应强度；B ,为物质磁化产生的附加磁感应强度；H 为外磁场的强度；0μ为真空磁导率，其数值等于27104--??A N π。 物质的磁化可用磁化强度M 来描述，M 也是一个矢量；它与磁场强度成正比 M=χH ② 式中χ称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 ’=0μM=0χμH ③ 将③式代入①式得： B=()01μχ+H=0μμH ④ 式中μ称为物质的（相对）磁导率。 化学中常用质量磁化率m χ或摩尔磁化率M χ来表示物质的磁性质，它们的定义为： ⑤ ρ χ χχ?= ?=M M m M ⑥ 式中ρ为物质密度，M 为物质的摩尔质量。m χ的单位是13-?kg m ，M χ的单位是 13-?mol m 2、物质的原子、分子或离子在外磁场的作用下的磁化现象存在三种情况。 （1）.物质本身并不呈现磁性，但由于它内部的电子轨道运动，在外磁场作用下会产生拉莫进动，感应出一个诱导磁矩来，表现为一个附加磁场，磁矩的方向与外磁场相反，其磁化强度与外磁场强度成正比，并随着外磁场的消失而消失，这类物质称为逆磁性物质，其μ＜1，M χ＜0。 （2）.物质的原子、分子或离子本身具有永久磁矩，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。但它在外磁场的作用下，一方面永久磁矩会顺着外磁场方向排列，其磁化方向与外磁场相同，而磁化强度与外磁场强度成正比；另一方面物质内部的电子轨道运动也会产生拉莫进动，其磁化方向与外磁场相反，因此这类物质在外磁场下表现的附加磁场是上述两者作用的结果，通常称具有永久磁矩的物质为顺磁性物质。显然，此类物质的摩尔磁化率是摩尔顺M χ磁化率μχ和摩尔逆磁化率0χ两部分之和0χχχμ+=M ⑦ 但由于μχ＞＞0χ，故顺磁性物质的μ＞1，M χ＞0，可以近似地把μχ当作M χ，即 M χ≈μχ ⑧ ρ χχ= M 络合物的磁化率测定 磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两个物理量。由于磁场是电流或者说运动电荷引起的，而磁介质（除超导体以外不存在磁绝缘的概念，故一切物质均为磁介质）在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响（场的迭加原理）。因此，磁场的强弱可以有两种表示方法： 在充满均匀磁介质的情况下，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用磁感应强度B 表示，其单位为特斯拉T ，是一个基本物理量；单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用磁场强度H 表示，其单位为A/m2，是一个辅助物理量。 络合物的磁化率测定 (1) Ⅰ、实验目的 ........................................................................................................................... 1 Ⅱ、实验原理 ........................................................................................................................... 1 Ⅲ、仪器与试剂 ....................................................................................................................... 5 Ⅳ、实验步骤 ........................................................................................................................... 5 Ⅴ、数据处理 ........................................................................................................................... 6 Ⅵ、思考题 ............................................................................................................................... 7 Ⅶ、实验的重点难点 ............................................................................................................... 7 Ⅷ、网上答疑 ......................................................................................................................... 10 Ⅸ、注意事项 ......................................................................................................................... 10 Ⅹ、仪器操作 ......................................................................................................................... 10 Ⅺ、在线测试 . (12) Ⅰ、实验目的 一、掌握古埃(Gouy)磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法； 二、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； Ⅱ、实验原理 1. 摩尔磁化率和分子磁矩 物质在外磁场0H 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χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关： 04H H πχ=' χ称为物质的体积磁化率，是物质的一种宏观性质，表示单位体积内磁场强度的变化，反 实验二十八 配合物的磁化率测定 一、实验目的 1. 了解物质磁性与其电子结构的关系，加深对物质结构基本原理的理解； 2. 掌握古埃（Gouy ）磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法； 3. 通过测定一些络合物的磁化率，求算其未成对电子数，判断这些分子的配键类型。 二、基本原理 磁化率是物质的一种基本性质。磁化率的测定是研究物质结构的重要方法之一，它涉及物理学及物质结构中的磁化强度、磁场强度、磁感应强度、分子磁矩等基本概念，常用于某些有机物、稀土元素化合物、配合物、金属催化剂、磁流体、自由基等体系的研究，旨在了解物质内部电子结构、化学键、构型、立体化学等信息。 （一）物质磁性与磁化率 物质在外磁场的作用下，由于电子等带电体的运动，会被磁化产生一附加磁场。物质内部的磁感应强度等于 00B B B H B μ=+=+G G G G G '' （） II-28-1'B G 式中为外磁场的磁感应强度；0B G 为物质磁化产生的附加磁场的磁感应强度；H G 为外磁场强度；0μ72410N A π??×?。 为真空磁导率，其数值等于M G H G 成正比： 物质的磁化可用磁化强度来描述，它与磁场强度M H χ=G G （） II-28-2χ式中为无因次量，称为物质的体积磁化率，简称磁化率，是物质的一种宏观磁性质，表示物质被磁化引起的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。 'B G M G 的关系为： 与00H 'B M μχμ==G G G H （） II-28-3将上式代入（）式可得： II-28-100(1)B H χμμμ=+=G G G （） II-28-41μχ=+称为物质的（相对）磁导率。 式中来表示物质的磁性质，其定义为： m χM χ 在化学上常用质量磁化率或摩尔磁化率m χχρ = （） II-28-5 磁化率测定 Ⅰ、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。 Ⅱ、仪器与试剂 Ⅲ、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χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关： χ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χm表示磁化程度，它与χ的关系为 式中M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。χm的单位为m3·mol －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，μm=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χm称为反磁磁化率，用χ 反表示，且χ 反 <0。 第二种，物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子，它的电子角动量总和不等于零，分子磁矩μm≠0。这些杂乱取向的分子磁矩 在受到外磁场作用时，其方向总是趋向于与外磁场同方向，这种物质称为顺磁性物质，如Mn，Cr，Pt等，表现出的顺磁磁化率用χ 顺 表示。 但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩，因此它的χm是顺磁磁化率χ顺。与反磁磁化率χ反之和。因|χ顺|?|χ反|，所以对于顺磁性物质，可以认为χm ＝χ 顺 ，其值大于零，即χm>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。 磁化率的测定 一、实验目的 1.掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的原理和方法。 2.测定三种络合物的磁化率，求算未成对电子数，判断其配键类型。 二、预习要求 1.了解磁天平的原理与测定方法。 2.熟悉特斯拉计的使用。 三、实验原理 1.磁化率 物质在外磁场中，会被磁化并感生一附加磁场，其磁场强度 H′与外磁场强度 H 之和称为该物质的磁感应强度 B，即 B = H + H′（1） H′与H方向相同的叫顺磁性物质，相反的叫反磁性物质。还有一类物质如铁、钴、镍及其合金，H′比H大得多（H′/H）高达 104，而且附加磁场在外磁场消失后并不立即消失，这类物质称为铁磁性物质。 物质的磁化可用磁化强度 I 来描述，H′=4πI。对于非铁磁性物质，I 与外磁场强度 H成正比 I = KH （2） 式中，K为物质的单位体积磁化率(简称磁化率)，是物质的一种宏观磁性质。在化学中常用单位质量磁化率χm或摩尔磁化率χM表示物 质的磁性质，它的定义是 χm = K/ρ（3） χM = MK/ρ（4） 式中，ρ和M分别是物质的密度和摩尔质量。由于K是无量纲的量，所以χm和χM的单位分别是cm3?g-1和cm3?mol-1。 磁感应强度 SI 单位是特［斯拉］(T)，而过去习惯使用的单位是高斯(G)，1T=104G。 2.分子磁矩与磁化率 物质的磁性与组成它的原子、离子或分子的微观结构有关，在反磁性物质中，由于电子自旋已配对，故无永久磁矩。但是内部电子的轨道运动，在外磁场作用下产生的拉摩进动，会感生出一个与外磁场方向相反的诱导磁矩，所以表示出反磁性。其χM就等于反磁化率χ反，且χM<0。在顺磁性物质中，存在自旋未配对电子，所以具有永久磁矩。在外磁场中，永久磁矩顺着外磁场方向排列，产生顺磁性。顺磁性物质的摩尔磁化率χM是摩尔顺磁化率与摩尔反磁化率之和，即 χM =χ顺 + χ反（5） 通常χ顺比χ反大约１～３个数量级，所以这类物质总表现出顺磁性，其χM>0。顺磁化率与分子永久磁矩的关系服从居里定律 （6） 式中，NA为Avogadro常数;K为Boltzmann常数(1.38×10-16erg?K-1);T为热力学温度;μm为分子永久磁矩(erg?G-1)。由此可得 实验十六 磁化率的测定 1． 摘要 磁化率的测定是一个经典的磁学测量方法。1889年Gouy [1]建立了在均匀磁场中测量磁化率的古埃法，1964年Mulay [2]设计了在非均匀磁声中测定磁化率的Faraday 法。 摩尔磁化率定义为 据κ的特点将物质分为三类：κ>0称顺磁性物质；κ<0称反磁性物质；另外有少数物质的κ值与外磁场H 有关，随外磁场强度的增加而急剧地增强，且伴有剩磁现象，称此为铁磁性物质（如铁、钴、镍等）。凡原子分子中具有自旋未配对电子的物质都是存在固有磁矩的顺磁性物质。这些原子分子的磁矩象小磁铁一样，在外磁场中总是趋向顺着磁场方向定向排列，但原子分子的热运动又使这些磁矩趋向混乱，在一定温度下这两个因素达成平衡，使原子分子磁矩部分顺着磁场方向定向排列而得以增强物质内部的磁场，显示顺磁性。 凡是原子分子中电子自旋已配对的物质，一般是反磁性的物质。大部分物质属反磁性。其原因是物质内部电子轨道运动受外磁场作用，感应出“分子电流”而产生与外磁场方向相反的诱导磁矩。一般说来，原子分子中含电子数目较多电子活动范围较大时，其反磁化率就较大。 实际上顺磁物质的磁化率除了分子磁矩定向排列所产生的χ顺外，同时还包含有感应所产生的反磁化率χ反，即： χM =χ顺+χ反 由于χ顺比χ反大1~3个数量级，因此顺磁性物质的反磁性被掩盖而表现出顺磁性。在不很精确的计算中，可近似地视χ顺为χM 。 顺磁化率与分子磁矩的关系一般服从居里定律 （2.16.2）式将物质的宏观性质χM 与物质的微观性质μ联系起来，因此可通过实验测定χM 来计算物质分子的永久磁矩μ。实验表明，对自由基或其它具有未成对电子的分子和某些第一族过渡元素离子的磁矩μ与未成对电子数n 的关系为 B n n μμ)2(+= （2.16.3） 联系（2.16.2）和（2.16.3）两式，可直接得到n 的表达式 1 1)2(84.22-++= T n n n 顺χ （2.16.4） （2.16.1） （2.16.2） 实验十 配合物（络合物）磁化率的测定 一、目的要求 1．掌握用Gouy 法测定配合物磁化率的原理和方法 2．通过配合物磁化率的测定，计算其中心金属离子的未成对电子数，并判断配合物中配键 的键型 二、实验原理 1．磁（介）质的摩尔磁化率χM 磁（介）质分为：铁磁质（Fe 、Co 、Ni 及其化合物）和非铁磁质。 非铁磁质分为：反磁质（即反磁性物质）和顺磁质（即顺磁性物质），顺磁质中含有未成对电子。 在不均匀磁场中，反磁质受到的磁场作用力很小，该作用力由磁场强度大的地方指向磁场强度小的地方。所以，本实验中反磁质处于不均匀磁场中时的质量比无外磁场时的稍小一点；而顺磁质受到的磁场作用力较大，作用力由磁场强度小的地方指向磁场强度大的地方。即，本实验中顺磁质处于不均匀磁场中时的质量比无外磁场时的质量有明显增大。 化学上人们感兴趣的是非铁磁质。非铁磁质中的反磁质具有反磁化率，顺磁质同时具顺磁化率和反磁化率，但其顺磁化率（正值）远大于其反磁化率（负值）。所以，对顺磁质而言，其摩尔磁化率： χM = χμ（摩尔顺磁化率）+ χ0（摩尔逆磁化率）≈ χμ 而)1(20 2 -= W W H gMh H M χ（在本实验中χμ的单位为：cm 3·mol -1） 上式中，g 为重力加速度（SI 单位为：m·s -2）， H 为磁场强度（单位为：Oe ，读作“奥斯特”），在本实验的计算中其值也可消去，亦不必考虑其取值的大小及单位；M 为样品的摩尔质量，在本实验的计算中其单位取g/mol ；h 为样品管中所装样品粉末的高度，在本实验的计算中其单位取cm ；W H 为有外加磁场时“样品+试管”的质量与“空试管”的质量之差，单位为g ；W 0为无外加磁场时“样品+试管”的质量与“空试管”的质量之差，单位为g 。 2．磁场强度H 的标定 若已知某样品的磁化率，则可通过实验利用下式求出对应的磁场强度。 结构化学实验报告题目：磁化率的测定 报告作者： 学号： 班级：级化教班 指导老师：彭斌老师 实验时间：年月日 磁化率的测定 一、【实验目的】 1．掌握古埃（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(A ·m-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： B ＝H 十H'＝H+4πI=H 十4πκH (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κ=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κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ，σ=I/ρ称为克磁化强度；χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。Χm=κM/ρ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χ和χm ，铁磁性研究中常用到I 、σ。 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χm>0而反磁性物质的χm<0。 （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。 HAdH dF κ= 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 HAdH dF )(0κκ-= κ0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是个积分问题： ?--==0) (21 20200H H H H A HdH A F κμκμ 因H0< 大学物理化学实验报告-络合物的磁化率的测定 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 物理化学实验报告 院系化学化工学院 班级化学061 学号13 姓名沈建明 实验名称 络合物的磁化率的测定 日期 2009.4.20 同组者姓名 史黄亮 室温 22.5℃ 气压 101.6 kPa 成绩 一、目的和要求 1、掌握古埃（Gouy ）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、基本原理 物质的磁性一般可分为三种: 顺磁性, 反磁性和铁磁性。 a .反磁性是指磁化方向和外磁场方向相反时所产生的磁效应。反磁物质的χD < 0（电子的拉摩进动产生一个与外磁场方向相反的诱导磁矩，导致物质具有反磁性）。 b. 顺磁性是指磁化方向和外磁场方向相同时所产生的磁效应，顺磁物质的 Xp > 0。（外磁场作用下，粒子如原子、分子、离子，中固有磁矩产生的磁效应）。 c. 铁磁性是指在低外磁场中就能达到饱和磁化，去掉外磁场时，磁性并不消失，呈现出滞后现象等一些特殊的磁效应。 d. 摩尔磁化率： 古埃法测定物质的摩尔磁化率（ ）的原理 通过测定物质在不均匀磁场中受到的力，求出物质的磁化率 。 把样品装于园形样品管中，悬于两磁极中间,一端位于磁极间磁场强度最大区域 H ，而另一端位于磁场强度很弱的区域 H 0，则样品在沿样品管方向所受的力F 可表示为： M χH F mH Z χ?=?P P D M χχχχ≈+= 实验十一磁化率的测定 一、目的要求 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 物质在磁场中被磁化，在外磁场强度H(A·m-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： B＝H十H'＝H十4πχH＝μH (1) 式中χ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。μ称为导磁率，与物质的磁化学性质有关。由于历史原因，目前磁化学在文献和手册中仍多半采用静电单位(CGSE)，磁感应强度的单位用高斯(G)，它与国际单位制中的特斯拉(T)的换算关系是 1T=10000G 磁场强度与磁感应强度不同、是反映外磁场性质的物理量．与物质的磁化学性质无关。习惯上采用的单位为奥斯特(oe)．它与国际单位A·m-1的换算关系为 1oe＝ 1/4πX10-3 A·m-1 由于真空的导磁率被定为：μ＝4π×10-7Wb·A-1·m-1，而空气的导磁率μ空≈μ0，因而 1oe＝1×10-4Wb·m-2＝1×10-4T＝1G 这就是说1奥斯特的磁场强度在空气介质中所产生的磁感应强度正好是1 高斯，二者单位虽然不同．但在量值上是等同的。习惯上用测磁仪器测得的"磁场强度"实际上都是指在某一介质中的磁感应强度，因而单位用高斯，测磁仪器也称为高斯计。 除χ外化学上常用单位质量磁化率χm和摩尔磁化率χM来表示物质的磁 化能力： χm＝χ／ρ(2) χM＝M·χM＝M·χ／ρ(3) 式中ρ和M是物质的密度（g·cm-3）和分子量，χm的单位取cm3·g-1，χM的单位取cm3·mol-1。 物质在外磁场作用下的磁化有三种情况 1．χM＜o，这类物质称为逆磁性物质。 2．χM＞o，这类物质称为顺磁性物质。 3．少数的χM与外磁场H有关，其值随磁场强度的增加而剧烈增加，并且还伴有剩磁现象，如铁、钴、镍等，这类物质称为铁磁性物质。 物质的磁性与组成物质的原子、离子、分子的性质有关。原子、离子、分子中电子自旋已配对的物质一般是逆磁性物质。这是由于电子的轨道运动受外磁场作用，感应出"分子电流"，从而产生与外磁场相反的附加磁场。这个现象类似于线圈中插入磁铁会产生感应电流，并同时产生与外磁场方向相反的磁场的现象。 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之间的关系： (4) 式中N A为Avogadro常数（6.022x1023mol-1）；K为Boltzmann常数 （1.3806x10-23J·K-1）； T为绝对温度。通过实验可以测定物质的χM，代人(4)式求得μm（因为χM≈μm），再根据下面的(6)式求得不成对的电子数n，这对于研究配位化合物的中心离子的电子结构是很有意义的。 物质的摩尔顺磁磁化率与热力学温度成反比这一关系，称为居里定律，是P. Curie 首先在实验中发现的，C为居里常数。 原子、离子、分子中具有自旋未配对电子的物质都是顺磁性物质。这些不成对电子的自旋产生了永久磁矩μm，微观的永久磁矩与宏观的摩尔磁化率χM 之间存在联系，这一联系可以表达为： 五．实验数据及处理 实验温度：24℃=297K h/c m I/A m/g g m / ↑I ↓I ↑I ↓I 样品管 0 14.8096 14.8098 14.8098 14.8099 14.8098 1.0 14.8097 14.8097 14.8099 14.8098 14.8098 2.0 14.8097 14.8097 14.8099 14.8098 14.8098 3.0 14.8097 14.8097 14.8098 14.8098 14.8098 样品管 + 莫尔氏盐 15 0 24.9514 24.9513 24.9512 24.9514 24.9513 1.0 24.9573 24.9578 24.9574 24.9577 24.9576 2.0 24.9693 24.9694 24.9692 24.9693 24.9693 3.0 24.9857 24.9857 24.9860 24.9860 24.9869 样品管 + 硫酸亚铁 15 0 25.6742 25.6741 25.6742 25.6743 25.6742 1.0 25.6827 25.6823 25.6822 25.6829 25.6825 2.0 25.6971 25.6977 25.6970 25.6976 25.6974 3.0 25.7182 25.7182 25.7186 25.7186 25.7184 样品管 + 亚铁氰化钾 15 0 24.5362 24.5365 24.5366 24.5367 24.5365 1.0 24.5363 24.5363 24.5366 24.5364 24.5364 2.0 24.5363 24.5361 24.5365 24.5363 24.5364 3.0 24.5361 24.5361 24.5361 24.5361 24.5361 1.计算示例 莫尔氏盐 M=0.39215 Kg/mol FeSO4·7H2O M=0.27802 Kg/mol K 4Fe(CN)6·3H 2O M=0.42239 Kg/mol 莫尔氏盐: 99731 95009500 41040.3921510 1.571012971B M M m mol T χππ----= ???=???=??++ 当I =1A 时： 实验十六磁化率的测定 一、实验目的 1.掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的原理和方法。 2.测定三种络合物的磁化率，求算未成对电子数，判断其配键类型。 二、预习要求 1.了解磁天平的原理与测定方法。 2.熟悉特斯拉计的使用。 三、实验原理 1.磁化率 物质在外磁场中，会被磁化并感生一附加磁场，其磁场强度H′与外磁场强度H之和称为该物质的磁感应强度B，即 B = H + H′(1) H′与H方向相同的叫顺磁性物质，相反的叫反磁性物质。还有一类物质如铁、钴、镍及其合金，H′比H大得多（H′/H）高达104，而且附加磁场在外磁场消失后并不立即消失，这类物质称为铁磁性物质。 物质的磁化可用磁化强度I来描述，H′=4πI。对于非铁磁性物质，I与外磁场强度H成正比 I = KH(2) 式中，K为物质的单位体积磁化率(简称磁化率)，是物质的一种宏观磁性质。在化学中常用单位质量磁化率χm或摩尔磁化率χM表示物质的磁性质，它的定义是 χm = K/ρ (3) χM = MK/ρ (4) 式中，ρ和M分别是物质的密度和摩尔质量。由于K是无量纲的量，所以χm和χM的单位分别是cm3·g-1和cm3·mol-1。 磁感应强度SI单位是特［斯拉］(T)，而过去习惯使用的单位是高斯(G)， 1T=104G。 2.分子磁矩与磁化率 物质的磁性与组成它的原子、离子或分子的微观结构有关，在反磁性物质中，由于电子自旋已配对，故无永久磁矩。但是内部电子的轨道运动，在外磁场作用下产生的拉摩进动，会感生出一个与外磁场方向相反的诱导磁矩，所以表示出反磁性。其χM就等于反磁化率χ 反 ，且χM<0。在顺磁性物质中，存在自旋未配对电子，所以具有永久磁矩。在外磁场中，永久磁矩顺着外磁场方向排列，产生顺磁性。顺磁性物质的摩尔磁化率χM是摩尔顺磁化率与摩尔反磁化率之和，即χM =χ顺+ χ反(5) 通常χ 顺比χ 反 大约１～３个数量级，所以这类物质总表现出顺磁性，其χM>0。 顺磁化率与分子永久磁矩的关系服从居里定律 (6) 式中，N A为Avogadro常数;K为Boltzmann常数(1.38×10-16erg·K-1);T为热力学温度;μm为分子永久磁矩(erg·G-1)。由此可得实验讲义：磁化率的测定
磁化率的测定实验报告
大学物理化学实验报告-络合物的磁化率的测定
磁化率测定
实验一磁化率的测定
磁化率的测定
配合物磁化率的测定
络合物的磁化率的测定
络合物磁化率的测定
配合物的磁化率测定
磁化率测定 Ⅰ`目的要求
磁化率的测定
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实验十 配合物(络合物)磁化率的测定
磁化率的测定
大学物理化学实验分析报告-络合物的磁化率的测定
实验二十一磁化率测定
络合物磁化率的测定---数据处理
实验十六磁化率的测定报告