絡(luò)合物的磁化率的測定

1、絡(luò)合物的磁化率的測定班級：2012級化學(xué)（1）班 學(xué)號：20125051163 姓名：馮亞威 成績：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握古埃(Gouy)法測定磁化率的原理和方法。 2測定兩種絡(luò)合物的磁化率，求算未成對電子數(shù)，判斷其配鍵類型。二、實(shí)驗(yàn)原理1、在外磁場的作用下，物質(zhì)會被磁化產(chǎn)生附加磁感應(yīng)強(qiáng)度，則物質(zhì)內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于B=B +B,=0H+B, 式中B為外磁場的感應(yīng)強(qiáng)度；B,為物質(zhì)磁化產(chǎn)生的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度；H為外磁場的強(qiáng)度；為真空磁導(dǎo)率，其數(shù)值等于。物質(zhì)的磁化可用磁化強(qiáng)度M來描述，M也是一個(gè)矢量；它與磁場強(qiáng)度成正比M=H 式中稱為物質(zhì)的體積磁化率，是物質(zhì)的一種宏觀磁性質(zhì)。B與M的關(guān)系為： B=M=H

2、 將式代入式得：B=H=H式中稱為物質(zhì)的（相對）磁導(dǎo)率?；瘜W(xué)中常用質(zhì)量磁化率或摩爾磁化率來表示物質(zhì)的磁性質(zhì)，它們的定義為： 式中為物質(zhì)密度，為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。的單位是，的單位是2、物質(zhì)的原子、分子或離子在外磁場的作用下的磁化現(xiàn)象存在三種情況。（1）.物質(zhì)本身并不呈現(xiàn)磁性，但由于它內(nèi)部的電子軌道運(yùn)動(dòng)，在外磁場作用下會產(chǎn)生拉莫進(jìn)動(dòng)，感應(yīng)出一個(gè)誘導(dǎo)磁矩來，表現(xiàn)為一個(gè)附加磁場，磁矩的方向與外磁場相反，其磁化強(qiáng)度與外磁場強(qiáng)度成正比，并隨著外磁場的消失而消失，這類物質(zhì)稱為逆磁性物質(zhì)，其1，0。（2）.物質(zhì)的原子、分子或離子本身具有永久磁矩，由于熱運(yùn)動(dòng)，永久磁矩的指向各個(gè)方向的機(jī)會相同，所以該磁矩的統(tǒng)計(jì)值等

3、于零。但它在外磁場的作用下，一方面永久磁矩會順著外磁場方向排列，其磁化方向與外磁場相同，而磁化強(qiáng)度與外磁場強(qiáng)度成正比；另一方面物質(zhì)內(nèi)部的電子軌道運(yùn)動(dòng)也會產(chǎn)生拉莫進(jìn)動(dòng)，其磁化方向與外磁場相反，因此這類物質(zhì)在外磁場下表現(xiàn)的附加磁場是上述兩者作用的結(jié)果，通常稱具有永久磁矩的物質(zhì)為順磁性物質(zhì)。顯然，此類物質(zhì)的摩爾磁化率是摩爾順磁化率和摩爾逆磁化率兩部分之和 但由于，故順磁性物質(zhì)的1，0，可以近似地把當(dāng)作，即 （3）.物質(zhì)被磁化的強(qiáng)度與外磁場強(qiáng)度之間不存在正比關(guān)系，而是隨著外磁場強(qiáng)度的增加而劇烈的增強(qiáng)，當(dāng)外磁場消失后，這種物質(zhì)的磁性并不消失，呈現(xiàn)出滯后現(xiàn)象。這種物質(zhì)稱為鐵磁性物質(zhì)。3、假定分子間無相互作

4、用，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，可以導(dǎo)出摩爾順磁化率和永久磁矩之間的定量關(guān)系 式中為阿伏伽德羅常數(shù)，為玻爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。物質(zhì)的摩爾順磁磁化率與熱力學(xué)溫度成反比這一關(guān)系，是居里（Curie P）在室驗(yàn)中首先發(fā)現(xiàn)的，所以該是稱為居里定律，C稱為居里常數(shù)。分子的摩爾逆磁率磁化率是由誘導(dǎo)磁矩產(chǎn)生的，它與溫度的依賴關(guān)系很小。因此具有永久磁矩的物質(zhì)的摩爾磁化率與磁矩間的關(guān)系為： 該式將物質(zhì)的宏觀物理性質(zhì)和其微觀性質(zhì)聯(lián)系起來了，因此只要測得，代入式就可算出永久磁矩。4、物質(zhì)的順磁性來自與電子的的自旋相聯(lián)系的磁矩。電子有兩個(gè)自旋狀態(tài)。如果原子、分子或離子中兩個(gè)自旋狀態(tài)的電子數(shù)目不相等，則該物質(zhì)在外磁場中就呈

5、現(xiàn)順磁性。這是由于每一個(gè)軌道上不能存在兩個(gè)自旋狀態(tài)相同的電子（泡利原理），因而各個(gè)軌道上成對電子自旋所產(chǎn)生的磁矩是相互抵消的，所以只有存在未成對電子的物質(zhì)才具有永久磁矩，她在外磁場中表現(xiàn)出順磁性。物質(zhì)的永久磁矩和它所包含的未成對電子數(shù)n的關(guān)系可用下式表示： 稱為玻爾（Bohr）磁子，其物理意義是單個(gè)自由電子自旋所產(chǎn)生的磁矩 式中h為普朗克常數(shù)，為電子質(zhì)量。5、由實(shí)驗(yàn)測定物質(zhì)的，代入式求出，再根據(jù)式算得未成對電子數(shù)n，這對于研究某些原子或離子的電子組態(tài)，以及判斷絡(luò)合物分子的配件類型是很有意義的。絡(luò)合物分為電價(jià)絡(luò)合物和共價(jià)絡(luò)合物。電價(jià)絡(luò)合物中心離子的電子結(jié)構(gòu)不受配位體的影響，基本上保持自由離子的電

6、子結(jié)構(gòu)，靠靜電庫侖力與配位體結(jié)合，形成電價(jià)配鍵。在這類絡(luò)合物中，含有較多的自旋平行電子，所以是高自旋配位化合物。共價(jià)絡(luò)合物則以中心離子空的價(jià)電子軌道接受配位體的孤對電子，形成共價(jià)配鍵，這類絡(luò)合物形成時(shí)，往往發(fā)生電子重排，自旋平行的電子相對減少，所以是低自旋配位化合物。例如，F(xiàn)e2+離子在自由離子狀態(tài)下的外層電子結(jié)構(gòu)為3d64s04p0。如以它作為中心離子與6個(gè)H2O配位體形成Fe (H2O)6 2+ 絡(luò)離子，是電價(jià)絡(luò)合物。其中Fe 2+ 離子仍然保持原自由離子狀態(tài)下的電子層結(jié)構(gòu)，此時(shí)n = 4。見圖所示： Fe2+ 在自由離子狀態(tài)下的外層電子結(jié)構(gòu) 如果Fe2+ 離子與6個(gè)CN-1 離子配位體形

7、成Fe (CN)6 4- 絡(luò)離子，則是共價(jià)絡(luò)合物。這時(shí)其中Fe 2+ 離子的外電子層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，n = 0。見圖所示： Fe2+ 外層電子結(jié)構(gòu)的重排 顯然，其中6個(gè)空軌道形成d2sp3的6個(gè)雜化軌道，它們能接受6個(gè)CN- 離子中的6對孤對電子，形成共價(jià)配鍵。 三、實(shí)驗(yàn)儀器藥品試劑：莫爾氏鹽(NH4)2SO4·FeSO4，亞鐵氰化鉀 K4Fe (CN)6 ，硫酸亞鐵FeSO4儀器：古埃磁天平（包括磁極、勵(lì)磁電源、電子天平等），軟質(zhì)玻璃樣品管，裝樣品工具（包括研缽、角匙、小漏斗等）。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 測量空管無磁場時(shí)的質(zhì)量，然后測量電流為0.6A時(shí)空管的質(zhì)量。求出。2、 裝相應(yīng)的樣品

8、，測無磁場時(shí)的質(zhì)量，然后測量電流為0.6A時(shí)的質(zhì)量，求出。3、 利用計(jì)算，利用莫爾氏鹽的計(jì)算。4、 利用。5、 整理儀器。5、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理 實(shí)驗(yàn)溫度：15無電流電流為0.6A空管的質(zhì)量/g25.368125.3680空管加(NH4)2SO4·FeSO4的質(zhì)量/g38.164838.1668已知莫爾氏鹽的與熱力學(xué)溫度的關(guān)系式為，由此可以得出莫爾氏鹽的為=4.112 已知，其中h為樣品的實(shí)際高度，m為無外加磁場時(shí)樣品的質(zhì)量，M為樣品的摩爾質(zhì)量，為樣品的密度，真空磁導(dǎo)率，空氣的體積磁化率，但因樣品管體積很小，故常常忽略。 由得無電流電流為0.6A空管的質(zhì)量/g25.369725.3

9、700空管加FeSO4/g37.246937.2499由，和已計(jì)算出的得出FeSO4的由和得，無電流電流為0.6A空管的質(zhì)量/g25.369025.3692空管加 K4Fe (CN)6的質(zhì)量/g34.709534.7099同理可得K4Fe (CN)6的由和得，六、問題討論與分析1、在相同勵(lì)磁電流下，前后兩次測量的結(jié)果有無差別？磁場強(qiáng)度是否一致？在不同勵(lì)磁電流下測得樣品的摩爾磁化率是否相同？答：在相同勵(lì)磁電流下，前后兩次測量的結(jié)果通常有差別。由于電磁鐵的磁芯所用的磁導(dǎo)材料不是理想的軟磁體，在電流為零沒有外加磁場時(shí)，存在一定的剩磁。因此，在升降電流時(shí)，在相同的電流強(qiáng)度下，實(shí)際所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度有一定

10、的差異。在不同勵(lì)磁電流下測得樣品的摩爾磁化率應(yīng)相同，因摩爾磁化率是物質(zhì)的特質(zhì)。2、樣品的裝填高度及其在磁場中的位置有何要求？如果樣品管的底部不在極縫中心，對測量結(jié)果有何影響？標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測樣品的裝填高度不一致對實(shí)驗(yàn)有何影響？同一樣品的不同裝填高度對實(shí)驗(yàn)有何影響？答：樣品粉末要填實(shí)，裝填高度與磁極上沿齊平；樣品管的底部要置于電磁鐵的極縫中心。如果樣品管的底部不在極縫中心，則（1）樣品有可能處于梯度相反的磁場中，樣品受到的一部分磁力會被抵消而使測量結(jié)果偏低；（2）只有在極縫中心位置，才是磁場梯度為零的起點(diǎn)，這是原理中計(jì)算的基本要求, 以保證樣品位于有足夠梯度變化的磁場中,減少測量的相對誤差。在實(shí)驗(yàn)

11、容許的高度范圍內(nèi)，對于同一樣品，不同的裝填高度下測得的磁化率相同，對實(shí)驗(yàn)無影響。3、裝樣不平行引入的誤差有多大？影響本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要因素有哪些？答：(1)由于最上面的那些樣品粉末不能壓緊壓平，由式可知，測量高度h的誤差比較大,導(dǎo)致樣品頂端磁場強(qiáng)度的偏差。 (2)影響磁化率測定的因素很多。但主要因素(與實(shí)驗(yàn)成敗和實(shí)驗(yàn)原理有關(guān))是：a.制樣方式：樣品要磨細(xì)且均勻,樣品要與標(biāo)樣保持相同的填充高度。b.樣品管在磁場中的位置： 樣品管的底部要位于磁極極縫的中心,與兩磁極兩端距離相等。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、由于實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作時(shí)所使用的儀器已經(jīng)沒有玻璃門，故稱量時(shí)應(yīng)盡量不要有大動(dòng)作的走動(dòng)，或太多人圍觀、說話等，應(yīng)該盡量保持整個(gè)稱量過程是在沒有太多干擾磁場的因素的環(huán)境下進(jìn)行。2、樣品管一定要干凈。W空管=W空管(H=H)-W空管(H=0)>0時(shí)表明樣品管不干凈，應(yīng)更換。裝在樣品管內(nèi)的樣品要均勻緊密、上下一致、端面平整、高度測量準(zhǔn)確。樣品管的底部要位于磁極極縫的中心,與兩磁極兩端距離相等。3、由于樣品都是研磨完后一段時(shí)間才開始測量的，不排除樣品會發(fā)生相應(yīng)的吸水和失水，致使分子量會發(fā)生變化，使最后所計(jì)算出來的結(jié)果存在誤差。4、勵(lì)磁電流不能每次都準(zhǔn)確地定在同一位置，只能說是保證大概在這個(gè)