1、磁化率的測定1 .實驗目的測定物質的摩爾磁化率，推算分子磁矩，估計分子內未成對電子數，判斷分子配鍵的類型。掌握古埃（Gouy）磁天平測定磁化率的原理和方法。2 .實驗原理摩爾磁化率和分子磁矩物質在外磁場H作用下，由于電子等帶電體的運動，會被磁化而感應出一個附加磁場H'。物質被磁化的程度用磁化率x表示，它與附加磁場強度和外磁場強度的比值有關：x為無因次量，稱為物質的體積磁化率，簡稱磁化率，表示單位體積內磁場強度的變化，反映了物質被磁化的難易程度。化學上常用摩爾磁化率Xm表示磁化程度，它與X的關系為式中MP分別為物質的摩爾質量與密度。Xm的單位為m3mol物質在外磁場作用下的磁化現象有三種

2、:第一種，物質的原子、離子或分子中沒有自旋未成對的電子，即它的分子磁矩，mm=0o當它受到外磁場作用時，內部會產生感應的“分子電流”，相應產生一種與外磁場方向相反的感應磁矩。如同線圈在磁場中產生感生電流，這一電流的附加磁場方向與外磁場相反。這種物質稱為反磁性物質，如Hg,Cu,Bi等。它的xm稱為反磁磁化率，用x反表不，且x反<0。第二種，物質的原子、離子或分子中存在自旋未成對的電子，它的電子角動量總和不等于零，分這種物質稱為順磁性物質， 如Mn, Cr ,X m是順磁磁化率 X順。與反磁磁化率X m= X順，其值大于零，即 X m>0。子磁矩mW0。這些雜亂取向的分子磁矩在受到外

3、磁場作用時，其方向總是趨向于與外磁場同方向,Pt等，表現出的順磁磁化率用X順表示。但它在外磁場作用下也會產生反向的感應磁矩，因此它的X反之和。因|X順1?1X反I,所以對于順磁性物質，可以認為第三種，物質被磁化的強度隨著外磁場強度的增加而劇烈增強，而且在外磁場消失后其磁性并不消失。這種物質稱為鐵磁性物質。對于順磁性物質而言，摩爾順磁磁化率與分子磁矩科m關系可由居里一郎之萬公式表示:“儲E3kT式中L為阿伏加德羅常數X1023moli),、k為玻爾茲曼常數X10-23J-kT),科0為真空磁導率(4兀X107NA-2,T為熱力學溫度。式(2-136)可作為由實驗測定磁化率來研究物質內部結構的依據

4、。分子磁矩由分子內未配對電子數n決定，其關系如下：式中WB為玻爾磁子，是磁矩的自然單位。科B=X1024JrT為磁感應強度的單位，即特斯拉)。求得n值后可以進一步判斷有關絡合物分子的配鍵類型。例如，Fe2+離子在自由離子狀態下的外層電子Z勾為3d64s°4p°。如以它作為中心離子與6個H20配位體形成Fe(H20)6廣絡離子，是電價絡合物。其中Fe2+離子仍然保持原自由離子狀態下的電子層結構，此時n=4o如下圖所示：3dFe1*在自由國下的外層電子"構如果Fe2+離子與6個CN離子配位體形成Fe(CN)6”絡離子，則是共價絡合物。這時其中Fe2+離子的外電子層結構

5、發生變化，n=0。見圖2-64所示：fJ*外層電/姑構的用禮顯然，其中6個空軌道形成d2sp3的6個雜化軌道，它們能接受6個CM離子中的6對孤對電子，形成共價配鍵。摩爾磁化率的測定本實驗用古埃磁天平測定物質的摩爾磁化率Xm,測定原理如圖2所示。一個截面積為A的樣品管，裝入高度為h、質量為m的樣品后，放入非均勻磁場中。樣品管底部位于磁場強度最大之處，即磁極中心線上，此處磁場強度為Ho樣品最高處磁場強度為零。前已述及，對于順磁性物質，此時產生的附加磁場與原磁場同圖23場磁大r法測定朦用X0為空氣的體積磁化率，可以證明，樣品管向，即物質內磁場強度增大，在磁場中受到吸引力。設內樣品受到的力為：考慮到p

6、=m/hA,而0值很小，相應的項可以忽略，可得ImXH-2Mh在磁天平法中利用精度為白電子天平間接測量F值。設!)!0為空樣品管在有磁場和無磁場時的稱量值的變化，!)!為裝樣品后在有磁場和無磁場時的稱量值的變化，則F=(削叫Jg式中、g為重力加速度(9.81m-s2)o可得2(A/n-Afficl)f!hMA/u-4喑=W1耕羊=/標AAX=磁場弓雖度H可由特斯拉計或CT5高斯計測量。應該注意，高斯計測量的實際上是磁感應強度B,單位為T(特斯拉)，1T=104高斯。磁場強度H可由B=科0H關系式計算得到，H的單位為A-mT。也可用已知磁化率的莫爾氏鹽標定。莫爾氏鹽的摩爾磁化率；與熱力學溫度T的

7、關系為：ZmX109(m1'>nol')7+1式中M為莫爾氏鹽的摩爾質量(kg-mol-)。3 .實驗步驟打開勵磁電源開關，電流表，打開電子天平的電源，并按下“清零”按鈕，毫特斯拉計表頭調零，然后調節磁場強度約為100mT檢查霍爾探頭是否在磁場最強處，并固定其位置，使試管盡可能在兩磁頭中間(磁場最強處)；取一支清潔、干燥的空樣品管，懸掛在天平一端的掛鉤上，使樣品管的底部在磁極中心連線上，準確稱量空樣品管；慢慢調節磁場強度為300(mT),等電子天平讀數穩定之后，讀取電子天平的讀數；慢慢調節磁場弓雖度讀數至350(mT,讀取電子天平的讀數；慢慢調節磁場強度讀數高至400(m

8、l),等30秒，然后下降至350(mT,讀取電子天平的讀數；將磁場強度讀數降至300(mT),讀取電子天平的讀數；再將磁場強度讀數調至最小，讀取電子天平的讀數；取下樣品管，裝入莫爾氏鹽（在裝填時要不斷將樣品管底部敲擊木墊，使樣品粉末填實），直到樣品高度至試管標記處，按照上面的步驟分別測量其在0（mT、300（mT、350（mT時候電子天平的讀數；（注：上述調節電流由小到大、再由大到小的測定方法，是為了抵消實驗時磁場剩磁現象的影響。）樣品的摩爾磁化率測定用標定磁場強度的樣品管分別裝入樣品1亞鐵氧化鉀K4Fe（CN）63屋0和樣品2硫酸亞鐵FeSCT7H0,按上述相同的步驟測量其在0（mT、300

9、（ml）、350（mT時候電子天平的讀數。4 .數據記錄與處理數據表：室溫oc稱量m/g磁場弓II度/mT03003504003503000空管/莫爾鹽/亞鐵氧化鉀/硫酸亞鐵/由上表數據分別計算樣品管及樣品在無磁場時的質量（m）和在不同磁場強度下的質量變化（n）:磁化弓雖度/mT空管m/g莫爾鹽m/g亞鐵氧化鉀m/g硫酸亞鐵4m/g0300350各樣品在不同條件下的摩爾磁化率xm分子磁矩小并估算其不成對電子數n4加*.Hk10-m，.mol11根據八1求莫爾鹽的摩爾磁化率：溫度T=+KM莫爾鹽"molM硫酸亞鐵=g/molM六氧合鐵（ii）酸鉀=g/mol2xm=La0m/3kTL=

10、X1023mol1,k=X10-23JK1,0=4ttX107NA2,仙b=x10-24Jr19莫爾氏鹽的摩爾磁化率：9500104=xx10-3=x10-7m/mol-1T1當H=,m標=,m樣品產，m樣品2=_mfe管樣品i-mfe管x樣1-x標m標m空管標71-m空管J = X10-9m3/mol-1m羊品1m空管樣品2- m空管x樣2=x標m標m空管 標準- mte管町場=xi0-8n3/mol-1m樣品2因為x樣i小于0,所以mm不存在，則n=0pm=X10-23J丁1mB.n(n2)n=當H=,mi標=,m樣品1=,m樣品2=J =x 10-9m/mol-1m羊品1_m空管樣品1-

11、m空管x樣1=x標mfem空管標71-m空管因為、樣1小于0,所以pm不存在，則n=0mw2-mte管M樣品2仃89_.-1x樣2=x標m標=X10m/molm空管標7g-mfe管m樣品2m=x10-23J丁1b-n(n2)n=這個是Fe2+,配合上6個CN,sd2p3雜化Fe本身帶26個電子Ar3s22d83p0失去兩個電子,Ar2d8,按能量最小分布，以及CN強配體,為02222，故有0對孤對電子，所以在和中，所測得的亞鐵氟化鉀的孤對電子數較為準確；FeSO*7H2O的成單電子數為4,順磁性。顯然，實驗中所測的數據明顯偏小，可能的原因為：機器不穩定，調整的磁場不穩定；裝樣品時不均勻，測出來

12、的數據不準確；標定空管時，標定出來的數據不準確。5.誤差分析實驗所得結果與文獻值比較符合，但還是存在一定的誤差，造成誤差的可能原因及需注意的事項有：1、由于實驗實際操作時所使用的儀器已經沒有玻璃門，故稱量時應盡量不要有大動作的走動，或太多人圍觀、說話等，應該盡量保持整個稱量過程是在沒有太多干擾磁場的因素的環境下進行。2。樣品管一定要干凈。AW空管=亞空管(H=H)-W空管(H=0)>0時表明樣品管不干凈，應更換。裝在樣品管內的樣品要均勻緊密、上下一致、端面平整、高度測量準確。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間才開始測量的，不排除樣品會發生相應的吸水和失水，致使分子量會發生變化，使最后所計算出來的結果存在誤差。4、測量樣品高度h的誤差嚴重影響實驗的精度這從摩爾磁化率的計算公式M2-WF一WE,ghgMa可以看出來。而由于最上面的那些樣品粉末不能壓緊壓平，測量高度hWH的誤差還是比較大的。5、裝樣不緊密也會帶來較大誤差一一推導M2-WF一WghgMa公式時用到了密度p,最后MWH2表現在高度h中。“裝樣不緊密”也就是說實際堆密度比理論密度小，這樣高度h就會比理論值偏大，即使很準確地測量出高度h,它還是比理論值有一個正的絕對誤差。6、勵磁電流不能每次都準確地定