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1、磁化率络合物结构的测定摘要：本实验通过古埃（GOUY ）法测定磁化率的方法对莫尔氏盐 （NH4）2SO4 FeSO4 6H2O，FeSO4 7H2O以及K4Fe（ CN）6 3H2O的磁化 率进行测定，并求出未成对电子数并判断络合物中央离子的电子结构和成键类型， 同时了解磁介质在磁场中的磁化现象。关键词： 磁化率 古埃法 磁化现象 络合物结构前言：当磁介质放到场强为H的磁场中会产生附加的磁场H,这种现象称为 磁介质的磁化。 由亍分子体系内有电子环形运劢，所以它应具有磁矩。由亍热 运劢，原子或分子的磁矩P指向各个方向的几率相等，所以由大量原子分子所 组成的体系的平均磁矩为零。但在外磁场中，原子分
2、子的磁矩会顺着磁场方向取 向。（即有较多的原子分子的“ P顺着H的方向排列）而热运劢会扰乱这种取向。 当达到热力学平衡时，由大量原子分子组成的体系具有丌为零的平均磁矩。这种 平均磁矩随外磁场的增大而增大，随温度的升高而减小。 在多原子分子中，电 子轨道运劢和分子的核构型联系很紧密，以致分子的轨道运劢丌能顺着磁场方向 取向，分子的顺磁性全部或几乎全部都是由电子的自旋运劢提供。 络合物中的 中央离子的电子结构强烈地受配位体电场的影响。当没有配位体存在时，中央离 子的5个d轨道具有相同的能量。在正八面体配位体场的作用下，中央离子的d轨 道的能级分裂成两个小组，能量较高的一组记为eg ,它由dz2和d
3、x2-y2组成。能 量较低的一组记为t2g，它由dxy、dyz、dxz组成。eg和t2g之间的能量差记为 称为分离能。配位体电场越强（如CN -配位体）则分离能越大（如图-A ）, 配位体电场越弱（如H2O、F -配位体）则分离能A越小（如图一中B所示）。同理d6中央离子在正八面体配位场中的电子结构，在强场中有图二（A ）的电子排 布，在弱场中有图二（B ）的电子排布。强场络合物因未配对电子少属于低自旋络合物（共价配键），弱场络合物因未配对电子多属于高自旋络合物（电价配键）。dz2dx2v2图一中央离子在d场中的电子结构起2dx-V-転 dx3-vbty dyz dxzAixy dyz dxz
4、Bdz2圍二书中央离子在伍场中的电子结构实验部分：（ 1） 仪器和试剂：试剂：莫尔氏盐（NH4）2SO4 FeSO4 6H2O （分析纯）；FeSO47H2O （分析纯）;K4Fe（CN）63H2O （分析纯）。仪器： 古埃磁天平（包括磁场，电光天平，励磁电源等）;CT5 型高斯计一台;软质玻璃样品管 4支;装样品工具（研钵、角匙、小漏斗、玻璃棒）一套（2）实验过程：1将电流调至0A ,取一支清洁、干燥的空样品管悬挂在古埃磁天平的挂 钩上，使样品管底部正好与磁极中心线齐平。准确称得空样品管重量；然后将励 磁电流由小至大调节至3A，迅速且准确地称取此时空样品管的重量；继续由小 至大调节励磁电流至
5、4A再称重量；继续将励磁电流升至5A，接着又将励磁电 流缓降至4A，再称空样品管重量；又将励电流由大至小降至3A，再称重量；将 励磁电流降至零，又称取一次样品管重量。本实验的装置图如图三所示。同法重复测定一次，将二次测得的数据取平均值。取下样品管，将事先研细的莫尔氏盐通过 小漏斗装入样品管，在装填时须不断将样品管 底部敲击皮垫，务使粉末样品均匀填实，直至 装满约 15 厘米高。用直尺准确量取样品高度h。同上法，将装有莫尔氏盐的样品管置于古埃天平的挂钩上，在OA、3A、4A、 4A、 3A、 0A 电流下进行称量。测量两次，取两次数据的平均值。测定完毕，将样品管中的莫尔氏盐倒入回收瓶中，然后洗净
6、、干燥备用。2 测定FeSO47H2O和K4Fe(CN)63H2O的摩尔磁化率。具体步骤与1中相同。(3)实验内容：1 由莫尔氏盐的克磁化率和实验数据计算3A、4A电流下的磁场强度。2 由FeSO47H2O和K4Fe(CN)6 3H2O的测定数据，计算它们的XM及未成对 电子数 n。3 根据未成对电子数，讨论FeSO4 7H2O和K4Fe(CN)6 3H2O的Fe2+的最外层电子结构及由此推断配键类型。结果与讨论：1.磁场强度：已知莫尔盐X = 95也x 10-6，温度T室温=294.95K m T + 1m故 XM=XmxM = 9500/(294.59+1)x392.14x10-6=0.0
7、12603cm 3mol-i由实验数据以及公式：2( AW-AW ) ghMX =空管+样品空管样品MH 2W样品可以计算得到，电流为3A时，磁场强度为H=2121.44G电流为4A时，磁场强度为H=2415.935G可以看出：n计算磁场强度与所加电流的大小有关，而实验中各种失误都会造成磁场强度值的误 差，比如空管中的污渍的存在，会影响空管质量以及其随电流的变化；天平底部 的玻璃门的缝隙，使得反应体系存在空气流动，同样会影响测量；最关键的一点， 电流表精度较低，对于测量结果影响较大；这些都会影响到最终计算出来的磁场 强度的数值。而实验采用电流增大方向及减小方向两向测量，每次实验重复测量 2 次
8、的方法，可以有效地减小这些误差，从而得到较精确的结果。2. FeSO4 7H2O和K4Fe(CN)6 3H2O的XM及未成对电子由实验原始数据按与(1)相同的处理方法可以得到：FeSO4 7H2O :I/A空管/gW+样品/gH/GXM/cms*mol-i3-0.000680.079552121.440.0116361634-0.001080.13732415.9350.015474971XM 的平均值=0.013555567cm 3E0I-1代入 n(n + 2)=空匚X 可得 n (n+2 ) =32.053 N B 2 MOn 取整数，则 n=4K4Fe(CN)6 3H2O :I/AW空
9、管/gW+样品/gH/GXM/cm3*mol-13-0.00063-0.00142121.44-0.0001809544-0.00103-0.002252415.935-0.000220543XM 的平均值=-0.000200748cm3mol-i代入 n( n + 2)=可得 n (n+2) =-0.47469N B2 MOn 取整数，则 n=03、FeSO47H2O和KJe(CN)63H2O的Fe2+的最外层电子结构及配键类型FeSO4 7H2O和K4Fe(CN)6 3H2O均为正八面体配合物，Fe2+最外层是d6结 构。对于K4Fe(CN)6 - 3H2O,配位体CN-是强场配体，分离能
10、大于电子配对能 P，第四个电子客服电子成队能P而处于11上，电子排布如A所示，没有单电 子，属于共价配键。对于FeSO47H2O,配位体H2O是弱场配体，电子配对 能大于分离能，第四个电子克服分离能排在eg上，电子排布如B所示，有4个单电子，属于电价配键。结论：当将磁介质放入外磁场中，原子或分子的磁矩会顺着磁场方向取向，而在 多原子分子中，分子的顺磁性全部或几乎全部都是由电子的自旋运动提供，所以 可以通过测量分子的磁化率从而得到分子中的未成对电子以及电子结构，并以此 推出分子的配键类型。本实验通过古埃法测定莫尔氏盐（NHSO/FeSO/H?。，FeSO/7H2O以 及K4Fe （ CN ） 6
11、3H2O的磁化率。从实验中我们可以得到，在不同电流下的磁 场强度不同，得出的磁化率也不同。而利用平均磁化率，求得FeSO47H2O中 有4个未成对电子，Fe2+的电子结构为de，为高自旋络合物（电价配键）；K4Fe （CN ） 63H2O中没有未成对电子，Fe2+的电子结构为de ,为低自旋络合物（共 价配键）。参考文献：物理化学实验崔献英，柯燕雄，单绍纯 中国科学技术大学出版社物理化学傅献彩等 高等教育出版社普通化学原理华彤文等 北京大学出版社Susceptibility - The Determination ofComplexStructuresAbstract: Thisexperim
12、entusedGOUYmethodtomeasurethe susceptibilityof (NH4)2SO4 FeSO4 6H2O , FeSO4 7H2OandK 4Fe ( CN )6 3H2O,throughwhichwecouldcalculatethenumberofunpaired electronsanddeterminetheelectronicstructureofthecentralcomplex ionsandtheirbondingtypes.Meanwhilewecouldknowmoreaboutthe Magneticphenomenon.Keywords:
13、susceptibility GOUYmethod Magneticphenomenon bondingtype原始数据记录及处理：实验室的温度：T1=21.1 T2=22.5C反应温度为：T=1/2 ( Tx+T2 ) =21.8C=294.59K(1 )电流为3A、4A时磁场强度的计算实验中测得装有莫尔盐管的质量随电流的变化为 Table.1 所示：Table.1 莫尔盐实验中质量随电流的变化I/A034430W空管/g13.851713.851213.850813.850913.851313.8520W空管/g13.852013.851313.850813.850813.851313.8
14、519平均/g13.851913.8512813.85083W+样/g24.793624.844424.883024.885324.847824.7938W+样/g24.793724.845924.885524.886724.847724.7938平均/g24.7937324.8464524.88513W 样品二Wo+样品一 Wo 空管=24.79373-13.8519=10.94183g W空管二W空管+磁场-Wo空管W+样品=W+样品+磁场-Wo+样品实验测量得到： h=15.12cm并且对于莫尔盐来说： Xm9500x 10 -6T + 1所以莫尔盐的磁化率：XM=Xm M二9500/(
15、294.59+1)x 392.14x10-6=0.012603cm 3mol-12( AW-AW ) ghMX =空管+样品空管样品由：MH 2W样品可以得到电流分别为3A、4A时的磁场强度H，如Table.2Table.2 不同电流时磁场强度I/AW空管/gW+样品/gH/G3-0.000620.0527252121.444-0.001080.09142415.935(2)由 FeSO47H2O和FeOCNQO的测定数据，计算它们的 XM及未成对电子数n。实验中，装填两种物质的高度h分别为：FeSO47H2O : h1=15.45cmK4Fe(CN)63H2O : h2=15.18cm与(1)中处理
