實驗報告：磁化率測定一、實驗目的1.掌握古埃(Gouy)磁天平測定磁化率的原理和方法。2.測定三種絡合物的磁化率，求算未成對電子數(shù)，判斷分子配鍵的類型。二、實驗原理1.磁化與磁化率外加磁場作用下：B=其中，B0為外磁場的磁感應強度；B'為物質(zhì)磁化產(chǎn)生并附加的磁感應強度；H為外磁場強度。μ0物質(zhì)的磁化強度用M表示Mχ為體積磁化率，又分為質(zhì)量磁化率χm=χ/ρ和摩爾磁化率χM=Mχ/ρ2.摩爾磁化率和分子磁矩物質(zhì)在外磁場作用下，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。物質(zhì)被磁化的程度用磁化率χ表示，它與附加磁場強度和外磁場強度的比值有關：H物質(zhì)在外磁場作用下的磁化現(xiàn)象有三種：第一種，物質(zhì)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μm=0。當它受到外磁場作用時，內(nèi)部會產(chǎn)生感應的“分子電流”，相應產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)稱為反磁性物質(zhì)，如Hg、Cu、Bi等。它的χm稱為反磁磁化率，用χ反表示，且χ反<0。第二種，物質(zhì)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，分子磁矩μm≠0。這些雜亂取向的分子磁矩在受到外磁場作用時，其方向總是趨向于與外磁場同方向，這種物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)，如Mn、Cr、Pt等，表現(xiàn)出的順磁磁化率用χ順表示。但它在外磁場作用下也會產(chǎn)生反向的感應磁矩，因此它的χm是順磁磁化率χ順與反磁磁化率χ反之和。因χ順?χ反，所以對于順磁性物質(zhì)，可以認為χm=χ第三種，物質(zhì)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(zhì)稱為鐵磁性物質(zhì)。對于順磁性物質(zhì)而言，摩爾順磁磁化率與分子磁矩μm關系可由居里——郎之萬公式表示：χ這個公式是在順磁性下的近似計算。式中：L為阿伏加德羅常數(shù)（6.022×1023mol?1），k為玻爾茲曼常數(shù)(1.3806×10?23J·K?1)，μ0為真空磁導率（4π×10?7N·A?2），T為熱力學溫度。分子磁矩μm由分子內(nèi)未配對電子數(shù)n決定，其關系如下：μ式中μB為玻爾磁子，是磁矩的自然單位。μB=9.274×10?24J·T?1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，F(xiàn)e2+離子在自由離子狀態(tài)下的外層電子結(jié)構(gòu)為3d64s04p0。如以它作為中心離子與6個H2O配位體形成[Fe(H2O)6]2+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(tài)下的電子層結(jié)構(gòu)，此時n=4。如果Fe2+離子與6個CN?離子配位體形成[Fe(CN)6]4?絡離子，則是共價絡合物。這時其中Fe2+離子的外電子層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，n=0。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CN?離子中的6對孤對電子，形成共價配鍵。3.古埃法測定摩爾磁化率右圖為古埃天平示意圖一個截面積為A的樣品管，裝入高度為h、質(zhì)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。樣品最高處磁場強度為零。對于順磁性物質(zhì)，此時產(chǎn)生的附加磁場與原磁場同向，即物質(zhì)內(nèi)磁場強度增大，在磁場中受到吸引力。設χ0為空氣的體積磁化率，可以證明，樣品管內(nèi)樣品受到的力為：F=一把來說，χ0周圍介質(zhì)磁導率（一般是空氣），值很小相應的項可以忽略，再考慮到前后的增重?m可得：F=由于χ=χMρMχ磁場強度H可由特斯拉計測量。H的單位為A·m?1。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χm與熱力學溫度T的關系為：χ四實驗步驟1.儀器預熱，取下保護套，接通電源，調(diào)零。2.取四只大小相近干凈干燥的空樣品管分別懸掛在磁天平上，樣品與磁極中心線平起。各稱量三次去平均值。調(diào)節(jié)旋鈕使電流為4A。再次稱量四只空樣品管，測量三次去平均值。3.將電流調(diào)回0，消磁30分鐘。期間裝樣，其中第一只樣品管加標準莫爾鹽，其余三只加樣品。樣品管裝樣時不斷震蕩保證均勻填實，高度距管口1-2cm為宜。測量樣品高度。確定消磁后，測量已裝樣的樣品重量，稱量三次取平均值。調(diào)節(jié)旋鈕使電流為4A。再次測量四只裝樣后的樣品管。稱量三次去平均值。五、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)結(jié)果如下：無磁有磁（4A）一二三平均一二三平均m空管113.587813.587713.588013.587813.587913.587813.587713.5878218.266818.267318.267618.267218.266618.266818.266918.2668314.246914.246714.246814.246814.246014.246314.246514.2463422.689722.689522.689622.689622.688922.689222.689222.6891m空管+樣品1（18.2cm）24.904224.904324.904424.904324.968424.968524.968524.96852（17.5cm）30.480330.480630.480530.480530.495130.495530.495430.49533（18.2cm）24.889024.889224.889124.889124.971324.971524.971624.97154（17.5cm）32.131532.131832.131732.131732.129432.129632.129832.1296用莫爾鹽求外磁場強度HT=294Kχm=9500T+1·4л×10-9=9500295·4л×10-9=4.05×10-10（m3·gχM=Mχm=392×4.05×10-10=1.59×10-7（m3·mol-1）又χM=2故H=2=2=6.30×106（A·m-1）其他磁性材料測定K3Fe(CN)6M=329g·mol-1ΧM=2（?m空管+樣品-?m空管）ghMμ0mH2又μμM=μBnn+2μ故n=1.5即未成對電子數(shù)為1FeSO4·7H2OM=278