磁化率的測定廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院一、實驗?zāi)康?．通過測定絡(luò)合物的摩爾磁化率，計算其分子的永久磁矩及未成對電子數(shù)，并推測各絡(luò)合物的配鍵類型；2．掌握古埃（Gouy）磁天平測定磁化率的實驗原理和方法。

物質(zhì)在外加磁場的作用下會感應(yīng)產(chǎn)生一個附加磁場，該物質(zhì)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為外磁場強(qiáng)度與附加磁場之和二、實驗原理式中μ0=4×10-7N?A-2，稱為真空磁導(dǎo)率。（1）

1．物質(zhì)的磁化率對于非鐵磁質(zhì)

(2)式中為κ物質(zhì)的體積磁化率。是物質(zhì)的一種宏觀磁性質(zhì)。

化學(xué)上常用單位質(zhì)量磁化率χm和摩爾磁化率χM來表示物質(zhì)的磁性質(zhì)。

式中是物質(zhì)的密度

（3）（4）2.分子磁矩與磁化率的關(guān)系

物質(zhì)的磁性與組成物質(zhì)的原子、離子或分子的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)原子、離子或分子的兩個自旋狀態(tài)電子數(shù)不相等，即有未成對電子時，該物質(zhì)具有永久磁矩。反之，則無永久磁矩。

具有永久磁矩的原子、離子或分子在外磁場下，其永久磁矩會順著外磁場方向同向排列,表現(xiàn)順磁性,同時它內(nèi)部電子軌道運動有感應(yīng)的磁矩，其方向與外磁場相反，表現(xiàn)出反磁性。無永久磁矩的原子、離子或分子則只有反磁性。所以物質(zhì)的摩爾磁化率為順磁化率。

對于反磁性物質(zhì)，則只有χ反，故χM=χ反。摩爾順磁化率χ順和分子永久磁矩

M間的關(guān)系為：對于順磁性物質(zhì)，當(dāng)|χ順|>>|χ反|時，Mχ≈

χ順；式中k為玻爾茲曼常數(shù)=1.380662×10-23J?K-1,由χM的測定可計算分子磁矩。

3.分子磁矩與未成對電子數(shù)的關(guān)系

物質(zhì)的永久磁矩與它所包含的未成對電子數(shù)n的關(guān)系為：

B為波爾磁子,其物理意義為單個自由電子自旋產(chǎn)生的磁矩：

me為電子靜止質(zhì)量，e為電子電荷，c為光速。T為特斯拉。4．摩爾磁化率的測定

本實驗采用Gouy磁天平法測定物質(zhì)的χM

。

將盛有樣品的樣品管懸掛在兩磁極中間，使樣品管底部處于兩極中心，即磁場強(qiáng)度最強(qiáng)處。樣品應(yīng)足夠長，其上端所在處磁場可略不計。這樣圓柱形樣品就處在一不均勻磁場中。沿樣品軸心方向Z存在一磁場強(qiáng)度梯度。樣品截面積為A，作用在樣品一體積元AdZ上的磁矩為（χ-χ0）HAdZ，該體積元樣品沿磁場方向受力df為作用在整個樣品上的力f為

式中κ0為空氣的磁化率，積分邊界條件H為磁場中心的磁場強(qiáng)度，H0為樣品頂端的磁場強(qiáng)度。若忽略空氣的磁化率，H0=0，得設(shè)W為樣品置于磁場內(nèi)外稱量的重量差，則由于代入式（15-9）得摩爾磁化率：

h為樣品高度,W為樣品在無磁場作用下的重量，H為磁場強(qiáng)度,M樣品為樣品的摩爾質(zhì)量。

H可由莫爾鹽[(NH4)2SO4FeSO46H2O]標(biāo)定，莫爾鹽的χm與溫度T（熱力學(xué)溫度）的關(guān)系為：

在實際應(yīng)用時，可采用“相對法”。即待測樣品和標(biāo)定用樣品使用同一樣品管，樣品裝填高度相同，并在同一磁場強(qiáng)度下進(jìn)行測量，這時由式（11.7.13）可得：式中下標(biāo)“樣”代表待測樣品，“標(biāo)”代表莫爾鹽。三、實驗方法1．用已知xm的莫爾鹽標(biāo)定磁場強(qiáng)度

將干燥清潔的樣品管（長約120mm，帶塞，未裝樣品）掛在天平托盤下的掛鉤上，高節(jié)連結(jié)線的長度，使樣品管底距磁極中心距離在150mm以上，稱空樣品管在磁場外的重量W管。改變樣品管位置，使樣品管底處于磁場中心處，再稱取空樣品管在磁場中的重量W’管。取下樣品管，用小漏斗把事先研細(xì)的莫爾鹽裝入樣品管中，邊裝邊振動并用玻棒壓緊，使樣品層裝填均勻，緊密，樣品層高約70mm。準(zhǔn)確量取樣品層高h(yuǎn)，同樣稱取樣品及管在磁場外和磁場內(nèi)的重量W管+樣品及W

管+樣品。

每次稱量取三次讀數(shù)，再取平均值。2．測定樣品的摩爾磁化率

在樣品管中裝入待測樣品，按照上述方法操作，測出它們在磁場內(nèi)外的重量變化。四、注意事項

1．樣品應(yīng)充分研細(xì),裝填應(yīng)緊密，每加入樣品高度約10mm左右，并用玻棒逐層壓緊樣品。2．樣品管底部應(yīng)處于磁場中心位置，樣品管不能與磁極及高斯計探頭接觸。掛取樣品管時動作應(yīng)輕，避免拉動吊線。3．稱量時應(yīng)天平讀數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)。。五、數(shù)據(jù)記錄和處理1.將實驗數(shù)據(jù)列于下表：表11.1實驗數(shù)據(jù)列表

樣品W管/gW管/gW樣+管/gW樣+管/gFe(NH4)2(SO4)26H2O112233平均平均K3Fe(CN)6112233平均平均CuSO45H2O112233平均平均室溫:大氣壓:樣品高度:2．將各項計算結(jié)果列于下表：表11.2實驗結(jié)果列表試樣Fe(NH4)2(SO4)26H2OK3Fe(CN)6CuSO45H2OM/kgmol–1W樣/kgW樣/kgχm/m–3mol–1m/JT–