磁化率和偶極矩

1、絡(luò)合物的磁化率測(cè)定絡(luò)合物的磁化率測(cè)定 目的要求目的要求1 1掌握古埃（掌握古埃（GouyGouy）法磁天平測(cè)定物質(zhì)磁化率）法磁天平測(cè)定物質(zhì)磁化率的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法2 2通過(guò)對(duì)一些絡(luò)合物的磁化率測(cè)定，推算其不成通過(guò)對(duì)一些絡(luò)合物的磁化率測(cè)定，推算其不成對(duì)電子數(shù)，判斷這些分子的配鍵類型對(duì)電子數(shù)，判斷這些分子的配鍵類型什么是磁化率？什么是磁化率？磁化率與未成對(duì)電子數(shù)、配鍵類型有什么磁化率與未成對(duì)電子數(shù)、配鍵類型有什么關(guān)系？關(guān)系？怎樣利用古埃法測(cè)定磁化率？怎樣利用古埃法測(cè)定磁化率？古埃法古埃法磁化率磁化率未成對(duì)電子數(shù)未成對(duì)電子數(shù)配鍵類型配鍵類型基本原理基本原理 在外磁場(chǎng)的作用下，物

2、質(zhì)會(huì)被磁化而產(chǎn)生附加磁感在外磁場(chǎng)的作用下，物質(zhì)會(huì)被磁化而產(chǎn)生附加磁感應(yīng)強(qiáng)度，應(yīng)強(qiáng)度，則物質(zhì)內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度則物質(zhì)內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度B B為為 其中：其中：B B0 0 外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B B 物質(zhì)磁化產(chǎn)生的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度物質(zhì)磁化產(chǎn)生的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度 B= B=0 0 M =M =0 0HHM M 磁化強(qiáng)度，表示物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下被磁化磁化強(qiáng)度，表示物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下被磁化 的程度的程度0 0 真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率, ,是常數(shù)；是常數(shù)； H H 外磁場(chǎng)強(qiáng)度外磁場(chǎng)強(qiáng)度B BB B0 0B B B=0M=0H物質(zhì)磁性質(zhì)的常用表示：物質(zhì)磁性質(zhì)的常用表示：mm 質(zhì)量磁化率質(zhì)量磁化率,

3、, m m3 3kgkg1 1， MM 摩爾磁化率摩爾磁化率, m, m3 3molmol-1 -1，mMMmM為為體積磁化率體積磁化率，表示單位磁場(chǎng)強(qiáng)度下的物質(zhì)平均，表示單位磁場(chǎng)強(qiáng)度下的物質(zhì)平均磁化強(qiáng)度。磁化強(qiáng)度?；驹砘驹?物質(zhì)的磁性質(zhì)與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，在外磁物質(zhì)的磁性質(zhì)與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，在外磁場(chǎng)作用下，場(chǎng)作用下，原子、分子中原子、分子中電子本身的自旋運(yùn)動(dòng)和電子本身的自旋運(yùn)動(dòng)和電電子繞原子核的軌道運(yùn)動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生磁效應(yīng)。子繞原子核的軌道運(yùn)動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生磁效應(yīng)。摩爾順磁化率摩爾順磁化率永久磁矩永久磁矩感應(yīng)磁場(chǎng)方向與外磁場(chǎng)相同感應(yīng)磁場(chǎng)方向與外磁場(chǎng)相同未成對(duì)電子未成對(duì)電子0基本原理基本原理

4、電子軌道運(yùn)動(dòng)在外磁場(chǎng)作用下，會(huì)產(chǎn)生電子軌道運(yùn)動(dòng)在外磁場(chǎng)作用下，會(huì)產(chǎn)生拉摩進(jìn)動(dòng)拉摩進(jìn)動(dòng)摩爾逆磁化率摩爾逆磁化率0感應(yīng)磁場(chǎng)方向與外磁場(chǎng)相反，感應(yīng)磁場(chǎng)方向與外磁場(chǎng)相反，隨外磁場(chǎng)消失而消失隨外磁場(chǎng)消失而消失誘導(dǎo)磁矩誘導(dǎo)磁矩 電子電子拉摩進(jìn)動(dòng)拉摩進(jìn)動(dòng)00基本原理基本原理拉摩進(jìn)動(dòng)拉摩進(jìn)動(dòng)：電子軌道磁矩：電子軌道磁矩l在外磁場(chǎng)中受到磁力矩，磁力矩方向垂在外磁場(chǎng)中受到磁力矩，磁力矩方向垂直于角動(dòng)量直于角動(dòng)量L，使軌道平面繞外磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)，產(chǎn)生附加磁矩，使軌道平面繞外磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)，產(chǎn)生附加磁矩l ，請(qǐng)注意附加磁矩請(qǐng)注意附加磁矩l 方向與外磁場(chǎng)方向相反。方向與外磁場(chǎng)方向相反?；驹砘驹砦镔|(zhì)的原子、離子或分子

5、中含有未成對(duì)的電子物質(zhì)的原子、離子或分子中含有未成對(duì)的電子順磁性物質(zhì)：順磁性物質(zhì)：M 0 + 物質(zhì)的原子、離子或分子中不含未成對(duì)的電子物質(zhì)的原子、離子或分子中不含未成對(duì)的電子逆磁性物質(zhì)：逆磁性物質(zhì)：M 0 00 分子永久磁矩為零分子永久磁矩為零, =0 居里定律居里定律 0對(duì)于順磁性物質(zhì)對(duì)于順磁性物質(zhì)：TCkTLmM302被磁化強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度增加而劇烈增加，且伴有被磁化強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度增加而劇烈增加，且伴有剩磁現(xiàn)象剩磁現(xiàn)象鐵磁性物質(zhì)：鐵磁性物質(zhì)：基本原理基本原理M 0 + B Bohr磁子，磁子，9.27407810-24Am2n不成對(duì)電子數(shù)不成對(duì)電子數(shù)而而由于由于TCkTLmM302Bmn

6、n)2( nmM 通過(guò)對(duì)一些絡(luò)合物的磁化率測(cè)定，推算其不成對(duì)電子數(shù)，通過(guò)對(duì)一些絡(luò)合物的磁化率測(cè)定，推算其不成對(duì)電子數(shù)， 判斷這些分子的配鍵類型判斷這些分子的配鍵類型基本原理基本原理磁化率與未成對(duì)電子數(shù)的關(guān)系！磁化率與未成對(duì)電子數(shù)的關(guān)系！ 未成對(duì)電子數(shù)與配鍵類型的關(guān)未成對(duì)電子數(shù)與配鍵類型的關(guān)系請(qǐng)大家課后看書(shū)！系請(qǐng)大家課后看書(shū)！怎樣利用古埃法測(cè)定磁化率？怎樣利用古埃法測(cè)定磁化率？古埃法磁天平測(cè)定物質(zhì)磁化率古埃法磁天平測(cè)定物質(zhì)磁化率 古埃磁天平照片橡皮塞分析天平電磁鐵電磁鐵樣品 古埃磁天平工作原理示意圖磁天平工作原理磁天平工作原理處于不均勻磁場(chǎng)的樣品管沿軸心方向所受到的力處于不均勻磁場(chǎng)的樣品管沿軸心

7、方向所受到的力 f 為：為：磁天平工作原理磁天平工作原理P220dzzHSHfHHz00空式中：式中：H H磁場(chǎng)中心磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)中心磁場(chǎng)強(qiáng)度 H H0 0樣品頂端處磁場(chǎng)強(qiáng)度，可忽略樣品頂端處磁場(chǎng)強(qiáng)度，可忽略 樣品體積磁化率樣品體積磁化率 空空空氣體積磁化率，可忽略空氣體積磁化率，可忽略 S S樣品橫截面積樣品橫截面積 0 0真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率將上式積分有將上式積分有2021SHfz空同時(shí)磁場(chǎng)中樣品受力為同時(shí)磁場(chǎng)中樣品受力為gmmfz）（空管管樣無(wú)磁場(chǎng)磁場(chǎng)mmm于是有于是有g(shù)mmSH）（）（空管管樣空2021SHgmm202）（空管管樣整理得體積磁化率整理得體積磁化率MMhSm又因?yàn)橛忠驗(yàn)椋?/p>

8、空管管樣mmmHghMMM202所以有所以有）（空管管莫莫莫莫mmmHghMM202對(duì)于莫爾氏鹽對(duì)于莫爾氏鹽樣高樣高h(yuǎn)和場(chǎng)強(qiáng)和場(chǎng)強(qiáng)H相同相同上面兩式進(jìn)上面兩式進(jìn)行比較得行比較得）（）（空管管莫空管管樣莫莫莫mmmmmMMmMM.對(duì)于莫爾氏鹽對(duì)于莫爾氏鹽莫莫莫mMM莫m莫M）（）（空管管莫空管管樣樣莫樣莫樣mmmmmmMmM.139.10419500KgmTm莫）（）（空管管莫空管管樣莫莫莫mmmmmMMmMM.磁天平工作原理磁天平工作原理3 Am31、 m325 Am51、 m520 Am01、 m024 A6 A實(shí)驗(yàn)步驟（以空管為例）實(shí)驗(yàn)步驟（以空管為例）3A3A時(shí)時(shí)5A5A時(shí)時(shí)書(shū)書(shū)1621

9、62頁(yè)頁(yè)2313321mmm03mmm空管05mmm空管2515215mmm2010210mmm數(shù)據(jù)記錄表格數(shù)據(jù)記錄表格樣品樣品質(zhì)量質(zhì)量數(shù)據(jù)記錄和處理數(shù)據(jù)記錄和處理數(shù)據(jù)記錄表格數(shù)據(jù)記錄表格樣品樣品質(zhì)量質(zhì)量數(shù)據(jù)記錄和處理數(shù)據(jù)記錄和處理管樣m管莫m空管m數(shù)據(jù)記錄和處理數(shù)據(jù)記錄和處理討論配鍵類型nM）（）（空管管莫空管管樣樣莫樣莫樣mmmmmmMmM.注注 意意 事事 項(xiàng)項(xiàng)1. 1.注意樣品裝填的均勻性，這是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。注意樣品裝填的均勻性，這是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。2.2. 天平稱量時(shí)，動(dòng)作一定要輕柔。要注意防止損壞天平或天平稱量時(shí)，動(dòng)作一定要輕柔。要注意防止損壞天平或造成樣品管晃動(dòng)致使稱量困難

10、，另外還要盡量避免空氣造成樣品管晃動(dòng)致使稱量困難，另外還要盡量避免空氣流動(dòng)對(duì)測(cè)定產(chǎn)生影響。流動(dòng)對(duì)測(cè)定產(chǎn)生影響。3.3. 增大磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)勵(lì)磁電流開(kāi)關(guān)的動(dòng)作應(yīng)緩慢，防增大磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)勵(lì)磁電流開(kāi)關(guān)的動(dòng)作應(yīng)緩慢，防止樣品晃動(dòng)而被磁極吸住。電源打開(kāi)、關(guān)閉前，勵(lì)磁電止樣品晃動(dòng)而被磁極吸住。電源打開(kāi)、關(guān)閉前，勵(lì)磁電流開(kāi)關(guān)都應(yīng)旋至最小，防止損壞表頭和勵(lì)磁線圈。流開(kāi)關(guān)都應(yīng)旋至最小，防止損壞表頭和勵(lì)磁線圈。4. 4. 注意樣品的粒度、裝填高度與標(biāo)樣一致，減小實(shí)驗(yàn)誤差。注意樣品的粒度、裝填高度與標(biāo)樣一致，減小實(shí)驗(yàn)誤差。 溶液法測(cè)定極性分子的偶極矩1.1.了解偶極矩與分子電性質(zhì)的關(guān)系了解偶極矩與分子電性質(zhì)的

11、關(guān)系2.2.掌握溶液法測(cè)定偶極矩的實(shí)驗(yàn)技術(shù)掌握溶液法測(cè)定偶極矩的實(shí)驗(yàn)技術(shù)3.3.用溶液法測(cè)定乙酸乙酯分子的偶極矩用溶液法測(cè)定乙酸乙酯分子的偶極矩目的要求目的要求 偶極矩與分子電性質(zhì)什么關(guān)系？偶極矩與分子電性質(zhì)什么關(guān)系？ 溶液法怎樣測(cè)定極性分子的偶極矩？溶液法怎樣測(cè)定極性分子的偶極矩？偶極矩偶極矩 分子可以近似看成由帶負(fù)電的電子和帶正電分子可以近似看成由帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核構(gòu)成。由于其空間構(gòu)型不同，其正、負(fù)的原子核構(gòu)成。由于其空間構(gòu)型不同，其正、負(fù)電荷中心可以是重合的，也可以不重合，前者稱電荷中心可以是重合的，也可以不重合，前者稱為非極性分子，后者稱為極性分子。為非極性分子，后者稱為極性

12、分子。 分子的極性可以用分子的極性可以用“偶極矩偶極矩”來(lái)度量。其定來(lái)度量。其定義為義為dq基本原理基本原理 q q為正、負(fù)電荷中心所帶電荷量，為正、負(fù)電荷中心所帶電荷量，d d為正、負(fù)電為正、負(fù)電荷中心距離。荷中心距離。是向量，其方向規(guī)定從正到負(fù)是向量，其方向規(guī)定從正到負(fù) 極性分子具有永久偶極矩。但由于分子的極性分子具有永久偶極矩。但由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，偶極矩指向各個(gè)方向的機(jī)會(huì)相同，熱運(yùn)動(dòng)，偶極矩指向各個(gè)方向的機(jī)會(huì)相同，所以偶極矩的統(tǒng)計(jì)值等于所以偶極矩的統(tǒng)計(jì)值等于0 0。 若將極性分子置于均勻電場(chǎng)中，則偶極矩若將極性分子置于均勻電場(chǎng)中，則偶極矩在電場(chǎng)的作用下趨向電場(chǎng)方向排列，分子被在電場(chǎng)的作用

13、下趨向電場(chǎng)方向排列，分子被極化，極化的程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度極化，極化的程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度P P轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向來(lái)衡量。來(lái)衡量?；驹砘驹?4P=L9kT轉(zhuǎn)向K K玻爾茲曼常數(shù)玻爾茲曼常數(shù) L L阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù) T T熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度目的目的1 1：偶極矩與電性質(zhì)的關(guān)系?。号紭O矩與電性質(zhì)的關(guān)系！P P P P轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向 P P誘導(dǎo)誘導(dǎo) P P誘導(dǎo)誘導(dǎo) = P= P電子電子 P P原子原子 P P P P轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向 P P電子電子 P P原子原子 在低頻電場(chǎng)或靜電場(chǎng)中在低頻電場(chǎng)或靜電場(chǎng)中P P P P轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向 P P電子電子P P原子原子很小，可忽略很小，可忽略 基本原理基本原理

14、摩爾極化度摩爾極化度11211112112022123lim2MMMPPPx）（122112111221212022621lim2）（電子nMnMMnnRRPxkTLPPP294-電子轉(zhuǎn)向mCTPP1004274.030）（電子基本原理基本原理電子轉(zhuǎn)向PPP-）（溶211x）（溶211x）（溶211xnn溶溶溶、nnx1112需要測(cè)出下列物理量需要測(cè)出下列物理量11211112112022123lim2MMMPPPx）（122112111221212022621lim2）（電子nMnMMnnRRPx可知：可知：、MM1111n溶2x斜率斜率= =1同理可求同理可求112111121120221

15、23lim2MMMPPPx ）（122112111221212022621lim2）（電子 nMnMMnnRRPx目的目的2 2：溶液法測(cè)定分子的偶極矩?。喝芤悍y(cè)定分子的偶極矩！基本假設(shè)：在無(wú)限稀釋的非極性溶劑的溶液中，溶質(zhì)分基本假設(shè)：在無(wú)限稀釋的非極性溶劑的溶液中，溶質(zhì)分子所處的狀態(tài)與氣相時(shí)相近子所處的狀態(tài)與氣相時(shí)相近溶液法溶液法溶溶溶、nnx1112需要測(cè)出下列物理量需要測(cè)出下列物理量基本原理基本原理mCTPP1004274. 030）（電子目的目的3 3：用溶液法測(cè)定乙酸乙酯分子：用溶液法測(cè)定乙酸乙酯分子的偶極矩的偶極矩電吹風(fēng)電吹風(fēng)容量瓶（容量瓶（50ml50ml）四氯化碳（分析純）四

16、氯化碳（分析純）比重管比重管洗耳球洗耳球（25ml25ml4 4；10ml10ml1 1）環(huán)己烷（分析純）環(huán)己烷（分析純）書(shū)書(shū)167167頁(yè)頁(yè)儀器儀器 試劑試劑配制配制溶液溶液知知x2折光率折光率n的測(cè)定的測(cè)定液體密度液體密度的測(cè)定的測(cè)定 介電常數(shù)介電常數(shù)的測(cè)定的測(cè)定 溶液折光率的測(cè)定溶液折光率的測(cè)定見(jiàn)儀器八見(jiàn)儀器八 數(shù)字阿貝折光儀數(shù)字阿貝折光儀實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟需要測(cè)出下列物理量需要測(cè)出下列物理量溶溶溶、nnx11121號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)V環(huán)己烷環(huán)己烷（mL）24.524.023.022.0V乙酸乙酯乙酸乙酯（mL）0.51.02.03.02122nnnx酯酯Mmn 2環(huán)環(huán)Mmn 1環(huán)瓶酯環(huán)瓶酯m

17、mm瓶環(huán)瓶環(huán)mmm 以以1 1號(hào)溶液為例，先稱空瓶質(zhì)量號(hào)溶液為例，先稱空瓶質(zhì)量mm瓶瓶，加入環(huán)己，加入環(huán)己烷后再稱瓶和環(huán)己烷質(zhì)量烷后再稱瓶和環(huán)己烷質(zhì)量mm瓶瓶+ +環(huán)環(huán)，加入乙酸乙酯后，加入乙酸乙酯后，稱得稱得mm瓶瓶+ +環(huán)環(huán)+ +酯酯實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟使用使用10ml容量瓶容量瓶稱（瓶稱（瓶+4號(hào)溶液）質(zhì)量號(hào)溶液）質(zhì)量蒸餾水蒸餾水清洗后定容清洗后定容稱（瓶稱（瓶+水）質(zhì)量水）質(zhì)量并并記錄實(shí)驗(yàn)溫度記錄實(shí)驗(yàn)溫度環(huán)己烷潤(rùn)洗后定容環(huán)己烷潤(rùn)洗后定容稱（空瓶稱（空瓶+環(huán)己烷）質(zhì)量環(huán)己烷）質(zhì)量環(huán)己烷回收環(huán)己烷回收1號(hào)溶液潤(rùn)洗后定容號(hào)溶液潤(rùn)洗后定容 先稱先稱空瓶質(zhì)量空瓶質(zhì)量稱（瓶稱（瓶+1號(hào)

18、溶液）質(zhì)量號(hào)溶液）質(zhì)量1 1號(hào)溶液倒回原瓶號(hào)溶液倒回原瓶2號(hào)溶液潤(rùn)洗后定容號(hào)溶液潤(rùn)洗后定容ttmmmm水瓶瓶）（水瓶瓶）（樣樣實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 介電常數(shù)是通過(guò)測(cè)定介電常數(shù)是通過(guò)測(cè)定電容電容計(jì)算而得。設(shè)計(jì)算而得。設(shè)C0為電容器極板為電容器極板間處于真空時(shí)的電容值，間處于真空時(shí)的電容值，C為充以電介質(zhì)時(shí)的電容值，則為充以電介質(zhì)時(shí)的電容值，則C與與C0之比值之比值 稱為該電介質(zhì)的介電常數(shù)稱為該電介質(zhì)的介電常數(shù) C/C0 用小型電容儀測(cè)得的電容用小型電容儀測(cè)得的電容Cx包括樣品電容包括樣品電容Cx和電容池和電容池電容電容Cd C C Cd 若要知道若要知道 需知道需知道 C0 0和和Cd d 用一已知介電常數(shù)用一已知介電常數(shù) 標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定電容為的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定電容為C C標(biāo)標(biāo)，則，則有有 標(biāo)標(biāo)= = C標(biāo)標(biāo)/ / C0 0，則有，則有C標(biāo)標(biāo) = = C0 0 標(biāo)標(biāo)，再測(cè)電容器中不放樣，再測(cè)電容器中不放樣