磁化率和偶極矩

1、絡(luò)合物的磁化率測定絡(luò)合物的磁化率測定 目的要求目的要求1 1掌握古埃（掌握古埃（GouyGouy）法磁天平測定物質(zhì)磁化率）法磁天平測定物質(zhì)磁化率的基本原理和實驗方法的基本原理和實驗方法2 2通過對一些絡(luò)合物的磁化率測定，推算其不成通過對一些絡(luò)合物的磁化率測定，推算其不成對電子數(shù)，判斷這些分子的配鍵類型對電子數(shù)，判斷這些分子的配鍵類型什么是磁化率？什么是磁化率？磁化率與未成對電子數(shù)、配鍵類型有什么磁化率與未成對電子數(shù)、配鍵類型有什么關(guān)系？關(guān)系？怎樣利用古埃法測定磁化率？怎樣利用古埃法測定磁化率？古埃法古埃法磁化率磁化率未成對電子數(shù)未成對電子數(shù)配鍵類型配鍵類型基本原理基本原理 在外磁場的作用下，物

2、質(zhì)會被磁化而產(chǎn)生附加磁感在外磁場的作用下，物質(zhì)會被磁化而產(chǎn)生附加磁感應(yīng)強度，應(yīng)強度，則物質(zhì)內(nèi)部的磁感應(yīng)強度則物質(zhì)內(nèi)部的磁感應(yīng)強度B B為為 其中：其中：B B0 0 外磁場的磁感應(yīng)強度外磁場的磁感應(yīng)強度B B 物質(zhì)磁化產(chǎn)生的附加磁感應(yīng)強度物質(zhì)磁化產(chǎn)生的附加磁感應(yīng)強度 B= B=0 0 M =M =0 0HHM M 磁化強度，表示物質(zhì)在外磁場作用下被磁化磁化強度，表示物質(zhì)在外磁場作用下被磁化 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 外磁場強度外磁場強度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，表示單位磁場強度下的物質(zhì)平均，表示單位磁場強度下的物質(zhì)平均磁化強度。磁化強度?；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)，在外磁場作用下，場作用下，原子、分子中原子、分子中電子本身的自旋運動和電子本身的自旋運動和電電子繞原子核的軌道運動均會產(chǎn)生磁效應(yīng)。子繞原子核的軌道運動均會產(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)磁場方向與外磁場相同感應(yīng)磁場方向與外磁場相同未成對電子未成對電子0基本原理基本原理

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

5、中含有未成對的電子物質(zhì)的原子、離子或分子中含有未成對的電子順磁性物質(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的電子物質(zhì)的原子、離子或分子中不含未成對的電子逆磁性物質(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對于順磁性物質(zhì)對于順磁性物質(zhì)：TCkTLmM302被磁化強度隨外磁場強度增加而劇烈增加，且伴有被磁化強度隨外磁場強度增加而劇烈增加，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不成對電子數(shù)不成對電子數(shù)而而由于由于TCkTLmM302Bmn

6、n)2( nmM 通過對一些絡(luò)合物的磁化率測定，推算其不成對電子數(shù)，通過對一些絡(luò)合物的磁化率測定，推算其不成對電子數(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電子數(shù)的關(guān)系！磁化率與未成對電子數(shù)的關(guān)系！ 未成對電子數(shù)與配鍵類型的關(guān)未成對電子數(shù)與配鍵類型的關(guān)系請大家課后看書！系請大家課后看書！怎樣利用古埃法測定磁化率？怎樣利用古埃法測定磁化率？古埃法磁天平測定物質(zhì)磁化率古埃法磁天平測定物質(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的樣品管沿軸心方向所受到的力處于不均勻磁場的樣品管沿軸心

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磁場中心磁場強度磁場中心磁場強度 H H0 0樣品頂端處磁場強度，可忽略樣品頂端處磁場強度，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空同時磁場中樣品受力為同時磁場中樣品受力為gmmfz）（空管管樣無磁場磁場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又因為又因為）（

8、空管管樣mmmHghMMM202所以有所以有）（空管管莫莫莫莫mmmHghMM202對于莫爾氏鹽對于莫爾氏鹽樣高樣高h和場強和場強H相同相同上面兩式進上面兩式進行比較得行比較得）（）（空管管莫空管管樣莫莫莫mmmmmMMmMM.對于莫爾氏鹽對于莫爾氏鹽莫莫莫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實驗步驟（以空管為例）實驗步驟（以空管為例）3A3A時時5A5A時時書書1621

9、62頁頁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 項項1. 1.注意樣品裝填的均勻性，這是實驗的關(guān)鍵點之一。注意樣品裝填的均勻性，這是實驗的關(guān)鍵點之一。2.2. 天平稱量時，動作一定要輕柔。要注意防止損壞天平或天平稱量時，動作一定要輕柔。要注意防止損壞天平或造成樣品管晃動致使稱量困難

10、，另外還要盡量避免空氣造成樣品管晃動致使稱量困難，另外還要盡量避免空氣流動對測定產(chǎn)生影響。流動對測定產(chǎn)生影響。3.3. 增大磁場強度時，轉(zhuǎn)動勵磁電流開關(guān)的動作應(yīng)緩慢，防增大磁場強度時，轉(zhuǎn)動勵磁電流開關(guān)的動作應(yīng)緩慢，防止樣品晃動而被磁極吸住。電源打開、關(guān)閉前，勵磁電止樣品晃動而被磁極吸住。電源打開、關(guān)閉前，勵磁電流開關(guān)都應(yīng)旋至最小，防止損壞表頭和勵磁線圈。流開關(guān)都應(yīng)旋至最小，防止損壞表頭和勵磁線圈。4. 4. 注意樣品的粒度、裝填高度與標樣一致，減小實驗誤差。注意樣品的粒度、裝填高度與標樣一致，減小實驗誤差。 溶液法測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.掌握溶液法測定偶極矩的實驗技術(shù)掌握溶液法測定偶極矩的實驗技術(shù)3.3.用溶液法測定乙酸乙酯分子的偶極矩用溶液法測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？ 溶液法怎樣測定極性分子的偶極矩？溶液法怎樣測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電的電子和帶正電分子可以近似看成由帶負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、負的原子核構(gòu)成。由于其空間構(gòu)型不同，其正、負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”來度量。其定來度量。其定義為義為dq基本原理基本原理 q q為正、負電荷中心所帶電荷量，為正、負電荷中心所帶電荷量，d d為正、負電為正、負電荷中心距離。荷中心距離。是向量，其方向規(guī)定從正到負是向量，其方向規(guī)定從正到負 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。但由于分子的熱運動，偶極矩指向各個方向的機會相同，熱運動，偶極矩指向各個方向的機會相同，所以偶極矩的統(tǒng)計值等于所以偶極矩的統(tǒng)計值等于0 0。 若將極性分子置于均勻電場中，則偶極矩若將極性分子置于均勻電場中，則偶極矩在電場的作用下趨向電場方向排列，分子被在電場的作用

13、下趨向電場方向排列，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)向來衡量。來衡量?；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 在低頻電場或靜電場中在低頻電場或靜電場中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需要測出下列物理量需要測出下列物理量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：溶液法測定分子的偶極矩?。喝芤悍y定分子的偶極矩！基本假設(shè)：在無限稀釋的非極性溶劑的溶液中，溶質(zhì)分基本假設(shè)：在無限稀釋的非極性溶劑的溶液中，溶質(zhì)分子所處的狀態(tài)與氣相時相近子所處的狀態(tài)與氣相時相近溶液法溶液法溶溶溶、nnx1112需要測出下列物理量需要測出下列物理量基本原理基本原理mCTPP1004274. 030）（電子目的目的3 3：用溶液法測定乙酸乙酯分子：用溶液法測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）書書167167頁頁儀器儀器 試劑試劑配制配制溶液溶液知知x2折光率折光率n的測定的測定液體密度液體密度的測定的測定 介電常數(shù)介電常數(shù)的測定的測定 溶液折光率的測定溶液折光率的測定見儀器八見儀器八 數(shù)字阿貝折光儀數(shù)字阿貝折光儀實驗步驟實驗步驟需要測出下列物理量需要測出下列物理量溶溶溶、nnx11121號2號3號4號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號溶液為例，先稱空瓶質(zhì)量號溶液為例，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)+ +酯酯實驗步驟實驗步驟實驗步驟實驗步驟使用使用10ml容量瓶容量瓶稱（瓶稱（瓶+4號溶液）質(zhì)量號溶液）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)量并并記錄實驗溫度記錄實驗溫度環(huán)己烷潤洗后定容環(huán)己烷潤洗后定容稱（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號溶液潤洗后定容號溶液潤洗后定容 先稱先稱空瓶質(zhì)量空瓶質(zhì)量稱（瓶稱（瓶+1號

18、溶液）質(zhì)量號溶液）質(zhì)量1 1號溶液倒回原瓶號溶液倒回原瓶2號溶液潤洗后定容號溶液潤洗后定容ttmmmm水瓶瓶）（水瓶瓶）（樣樣實驗步驟實驗步驟 介電常數(shù)是通過測定介電常數(shù)是通過測定電容電容計算而得。設(shè)計算而得。設(shè)C0為電容器極板為電容器極板間處于真空時的電容值，間處于真空時的電容值，C為充以電介質(zhì)時的電容值，則為充以電介質(zhì)時的電容值，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 用小型電容儀測得的電容用小型電容儀測得的電容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) 標的標準物質(zhì)測定電容為的標準物質(zhì)測定電容為C C標標，則，則有有 標標= = C標標/ / C0 0，則有，則有C標標 = = C0 0 標標，再測電容器中不放樣，再測電容器中不放樣