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1、磁化率的测定【摘要】 磁化率测定是研究物质结构的重要方法之一，用于某些有机物、稀土元素化合物、配合物、金属催化剂和自由基体系的研究，从而了解物质内部电子分布，化学键以及电子结构有关的问题。本文根据古埃磁天平的超顺磁性质，使用古埃磁天平研究磁流体的磁性(磁化率和磁化强度）和稳定性。【关键词】 古埃磁天平；磁化率；磁性;顺磁性；逆磁性;不成对电子数；d电子构型。 【引言】 凡是处于磁场中能够对磁场发生影响的物质都属于磁介质.根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可粗略地分为三类：顺磁性物质,抗磁性物质，铁磁性物质。 本实验中用磁天平,使用控制变量法测定不同磁场强度,不同样品高度下的磁化率。通过比较标
2、准数据，探究在电磁场产生外加磁场时，得出最适的磁场强度和样品的高度。 【实验部分】 一、 实验目的 1. 掌握古埃 (Gouy）磁天平测定磁化率的原理和方法。 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. 3。 探究样品高度、磁场强弱对磁化率的测定造成的影响，改进细节。 二、 实验原理 1. 摩尔磁化率和分子磁矩 物质在外磁场作用下,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物质被磁化的程度用磁化率表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关: H=4xH H为附加磁场强度,H外磁场强度,x为无因次量，称为物质的体积磁
3、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 m表示磁化程度,它与的关系为: Xm= xM/式中M、 分别为物质的摩尔质量与密度。Xm的单位为m3mol1.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m = 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.称为反磁磁化率,用X反表示，且X0。 第二种，物质的原子、离子或分子中存
4、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m 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 X顺表示. 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 m关系可由居里郎之万公式表示:X顺=L0m2 /（3kT) （3）式中L为阿伏加德罗常数（6。0221023 mol-1 ）k为玻尔兹曼常数（1.380 610 16 ergK1 ) 0为真空磁导率，T为热力学温度。式（
5、3）可作为由实验测定磁化率来研究物质内部结构的依据。分子磁矩m 由分子内未配对电子数n 决定,其关系如下: m =B n(n+2）1/2 （4) 式中B为玻尔磁子,是磁矩的自然单位.B = 9.274 1024 JT-1 （T为磁感应强度的单位，即特斯拉）。求得n值后可以进一步判断有关络合物分子的配键类型.例如，Fe 2+ 离子在自由离子状 态下的外层电子结构为3d6 4s0 4p0 .如以它作为中心离子与6个H2O配位体形成Fe （H2O)6 2+ 络离子，是电价络合物.其中Fe 2+离子仍然保持原自由离子状态下的电子层结构，此时n = 4。 如果Fe2+ 离子与6个CN 离子配位体形成Fe
6、 (CN)6 4 络离子，则是共价络合物.这时其 中Fe 2+离子的外电子层结构发生变化，n = 0. 其中6个空轨道形成d2 sp3 的6个杂化轨道，它们能接受6个CN1 离子中的6对孤 对电子,形成共价配键.2。磁化率的测定古埃法测定磁化率装置如图一281所示古埃磁天平示意图一个截面积为A的样品管，装入高度为h、质量为m的样品后，放入非均匀磁场中.样品管底部位于磁场强度最大之处，即磁极中心线上,此处磁场强度为 H .样品最高处磁场强度为零。前已述及,对于顺磁性物质，此时产生的附加磁场与原磁场同向，即物质内磁场强度增大,在磁场中受到吸引力.设 0为空气的体积磁化率,可以证明，样品管内样品受到
7、的力为： F=0。5mXmH20/Mh (5)在磁天平法中利用精度为0.1 mg 的电子天平间接测量F 值。设m0为空样品管在有磁场和无磁场时的称量值的变化，m为装样品后在有磁场和无磁场时的称量值的变化，则 (磁场强度H可由特斯拉计或CT5高斯计测量。应该注意,特斯拉计测量的实际上是磁感应强度B，单位为T（特斯拉），1T=104高斯。磁场强度H可由关系式计算得到。D-D=m 三仪器与药品古埃磁天平一台（磁天平，电子天平，励磁电源)平底软质玻璃样品管一支 装样品工具一套(包括研钵、牛角匙、小漏斗、竹针、棉签、玻璃棒）刻度尺一支 摩尔氏盐(NH4)2SO4FeSO46H2O（分析纯); K3Fe（
8、CN）6（分析纯）；四实验步骤1.仪器预热，取下保护套，接通电源,调零。2.取一只干净干燥的空样品管悬挂在磁天平上，样品与磁极中心线平起.称量三次取平均值。调节旋钮使电流分别为2.00，2。50，3.00,3.50A.再次称量空样品管，测量三次取平均值。3。将电流调回0，消磁30分钟.期间装样，加入磨碎的铁氰化钾至5cm。样品管装样时不断震荡保证均匀填实.测量样品高度。确定消磁后，测量已装样的样品重量，称量三次取平均值.调节旋钮使电流分别为2。00,2。50,3.00,3.50A。再次称量样品管，测量三次取平均值。4.加样品分别至6,7，8cm，步骤同3。5.到处玻璃管中的铁氰化钾并用棉球擦拭
9、试管内壁，装入摩尔氏盐，重复3。4步五数据记录及处理电流/A空管02。002。503.003。50磁感应强度/mT0237。3294351。9410.2 质量m/g17。52587。52597.52597.52607.525927。52607.52627。52607。52607。526037。52597。52607.52597。52607.5259平均7。52597.52607。52597。52607.5259 电流/A摩尔氏盐0.002.002。503。003.504.92cm磁感应强度/mT0231.0290。0348.7409。0质量m/g110。920610.956510.976311
10、。000411。0300210。920610.956510。976211.000511.0301310。920610.956610。976211。000511。0301平均10.920610。956510。976211.000511.03016。02cm磁感应强度/mT0232。6291.3350.6409.9质量m/g111.861211.898411。918811。944311。9745211.861211.898311.918811。944311.9744311.861211.898411。918811。944311。9744平均11.861211。898411.918811。94431
11、1。97447.00cm磁感应强度/mT0233.9294.7351.3409。7质量m/g112。614412.652112。673612。697912。7272212。614412.652112.673512.697812.7271312.614412。652112。673612。697812.7272平均12。614412.652112.673612.697812.72727.84cm磁感应强度/mT0232。5292。1350。5410。6质量m/g113.280813.317613.338313。363313.3936213。280813。317613。338313。363213.3
12、937313。280913.317713。338413。363313.3936平均13.280813.317613。338313。363313.3936 电流/A铁氰化钾0。002.002.503。003。505。10cm磁感应强度/mT0234.5293。635108410。2质量m/g100。547811。552211.557611。5638211.540111。547711.552211。557511.5637311。540211。547811.552211。557511。5636平均11。540211。547811.552211。557511.56376。10cm磁感应强度/mT023
13、6.2293.0350。9410。1质量m/g112.414312。422412.426812。431912。4386212。414212.422312。426712。431912.4387312。414212。422412。426712.431912。4387平均12.414212。422412.426712.431912.43877.22cm磁感应强度/mT0232。6291。7350。0408。2质量m/g113。378813.388013。393213.399213。4063213.378813。388013.393313.399113.4063313.378913。388113。393213。3992134063平均13。378813.388013。393213。399213。40637。95cm磁感应强度/mT0235.2293.0350.8408.7质量m/g114。013514.022614.027614。033514。0405214.013614。022614.06761
