磁化率与偶极矩

1、络合物的磁化率测定络合物的磁化率测定 目的要求目的要求1 1掌握古埃（掌握古埃（GouyGouy）法磁天平测定物质磁化率）法磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法的基本原理和实验方法2 2通过对一些络合物的磁化率测定，推算其不成通过对一些络合物的磁化率测定，推算其不成对电子数，判断这些分子的配键类型对电子数，判断这些分子的配键类型什么是磁化率？什么是磁化率？磁化率与未成对电子数、配键类型有什么磁化率与未成对电子数、配键类型有什么关系？关系？怎样利用古埃法测定磁化率？怎样利用古埃法测定磁化率？古埃法古埃法磁化率磁化率未成对电子数未成对电子数配键类型配键类型基本原理基本原理 在外磁场的作用下，物

2、质会被磁化而产生附加磁感在外磁场的作用下，物质会被磁化而产生附加磁感应强度，则物质内部的磁感应强度应强度，则物质内部的磁感应强度B B为为 其中：其中：B B0 0 外磁场的磁感应强度外磁场的磁感应强度B B 物质磁化产生的附加磁感应强度物质磁化产生的附加磁感应强度 B= B=0 0 M =M =0 0HHM M 磁化强度，表示物质在外磁场作用下被磁化磁化强度，表示物质在外磁场作用下被磁化 的程度的程度0 0 真空磁导率真空磁导率, ,是常数；是常数； H H 外磁场强度外磁场强度B BB B0 0B B 物质磁性质的常用表示：物质磁性质的常用表示：m m 质量磁化率质量磁化率, , m m3

3、 3kgkg1 1， M M 摩尔磁化率摩尔磁化率, m, m3 3molmol-1 -1，mMMmM为为体积磁化率体积磁化率，表示单位磁场强度下的物质平均，表示单位磁场强度下的物质平均磁化强度。磁化强度。基本原理基本原理 物质的磁性质与其微观结构密切相关，在外磁物质的磁性质与其微观结构密切相关，在外磁场作用下，场作用下，原子、分子中原子、分子中电子本身的自旋运动和电子本身的自旋运动和电电子绕原子核的轨道运动均会产生磁效应。子绕原子核的轨道运动均会产生磁效应。摩尔顺磁化率摩尔顺磁化率永久磁矩永久磁矩感应磁场方向与外磁场相同感应磁场方向与外磁场相同未成对电子未成对电子0基本原理基本原理电子轨道运

4、动在外磁场作用下，会产生电子轨道运动在外磁场作用下，会产生拉摩进动拉摩进动摩尔逆磁化率摩尔逆磁化率0感应磁场方向与外磁场相反，感应磁场方向与外磁场相反，随外磁场消失而消失随外磁场消失而消失诱导磁矩诱导磁矩 电子电子拉摩进动拉摩进动00基本原理基本原理拉摩进动拉摩进动：电子轨道磁矩：电子轨道磁矩l在外磁场中受到磁力矩，磁力矩方向垂在外磁场中受到磁力矩，磁力矩方向垂直于角动量直于角动量L，使轨道平面绕外磁场方向进动，产生附加磁矩，使轨道平面绕外磁场方向进动，产生附加磁矩l ，请注意附加磁矩请注意附加磁矩l 方向与外磁场方向相反。方向与外磁场方向相反。基本原理基本原理物质的原子、离子或分子中含有未成

5、对的电子物质的原子、离子或分子中含有未成对的电子顺磁性物质：顺磁性物质：M 0 + 物质的原子、离子或分子中不含未成对的电子物质的原子、离子或分子中不含未成对的电子逆磁性物质：逆磁性物质：M 0 00 分子永久磁矩为零分子永久磁矩为零, =0 居里定律居里定律 0对于顺磁性物质对于顺磁性物质：TCkTLmM302被磁化强度随外磁场强度增加而剧烈增加，且伴有被磁化强度随外磁场强度增加而剧烈增加，且伴有剩磁现象剩磁现象铁磁性物质：铁磁性物质：基本原理基本原理M 0 + B Bohr磁子，磁子，9.27407810-24Am2n不成对电子数不成对电子数而而由于由于TCkTLmM302Bmnn)2(

6、nmM 通过对一些络合物的磁化率测定，推算其不成对电子数，通过对一些络合物的磁化率测定，推算其不成对电子数， 判断这些分子的配键类型判断这些分子的配键类型基本原理基本原理磁化率与未成对电子数的关系！磁化率与未成对电子数的关系！ 未成对电子数与配键类型的关未成对电子数与配键类型的关系请大家课后看书！系请大家课后看书！怎样利用古埃法测定磁化率？怎样利用古埃法测定磁化率？古埃法磁天平测定物质磁化率古埃法磁天平测定物质磁化率 古埃磁天平照片橡皮塞分析天平电磁铁电磁铁样品 古埃磁天平工作原理示意图磁天平工作原理磁天平工作原理处于不均匀磁场的样品管沿轴心方向所受到的力处于不均匀磁场的样品管沿轴心方向所受到

7、的力 f 为：为：磁天平工作原理磁天平工作原理P220dzzHSHfHHz00空式中：式中：H H磁场中心磁场强度磁场中心磁场强度 H H0 0样品顶端处磁场强度，可忽略样品顶端处磁场强度，可忽略 样品体积磁化率样品体积磁化率 空空空气体积磁化率，可忽略空气体积磁化率，可忽略 S S样品横截面积样品横截面积 0 0真空磁导率真空磁导率将上式积分有将上式积分有2021SHfz空同时磁场中样品受力为同时磁场中样品受力为gmmfz）（空管管样无磁场磁场mmm于是有于是有gmmSH）（）（空管管样空2021SHgmm202）（空管管样整理得体积磁化率整理得体积磁化率MMhSm又因为又因为）（空管管样m

8、mmHghMMM202所以有所以有）（空管管莫莫莫莫mmmHghMM202对于莫尔氏盐对于莫尔氏盐样高样高h和场强和场强H相同相同上面两式进上面两式进行比较得行比较得）（）（空管管莫空管管样莫莫莫mmmmmMMmMM.对于莫尔氏盐对于莫尔氏盐莫莫莫mMM莫m莫M）（）（空管管莫空管管样样莫样莫样mmmmmmMmM.139.10419500KgmTm莫）（）（空管管莫空管管样莫莫莫mmmmmMMmMM.磁天平工作原理磁天平工作原理3 Am31、 m325 Am51、 m520 Am01、 m024 A6 A实验步骤（以空管为例）实验步骤（以空管为例）3A3A时时5A5A时时书书162162页页2

9、313321mmm03mmm空管05mmm空管2515215mmm2010210mmm数据记录表格数据记录表格样品样品质量质量数据记录和处理数据记录和处理数据记录表格数据记录表格样品样品质量质量数据记录和处理数据记录和处理管样m管莫m空管m数据记录和处理数据记录和处理讨论配键类型nM）（）（空管管莫空管管样样莫样莫样mmmmmmMmM.注注 意意 事事 项项注意样品装填的均匀性，这是实验的关键点之一。注意样品装填的均匀性，这是实验的关键点之一。天平称量时，动作一定要轻柔。要注意防止损坏天平或天平称量时，动作一定要轻柔。要注意防止损坏天平或造成样品管晃动致使称量困难，另外还要尽量避免空气造成样品

10、管晃动致使称量困难，另外还要尽量避免空气流动对测定产生影响。流动对测定产生影响。增大磁场强度时，转动励磁电流开关的动作应缓慢，防增大磁场强度时，转动励磁电流开关的动作应缓慢，防止样品晃动而被磁极吸住。电源打开、关闭前，励磁电止样品晃动而被磁极吸住。电源打开、关闭前，励磁电流开关都应旋至最小，防止损坏表头和励磁线圈。流开关都应旋至最小，防止损坏表头和励磁线圈。4. 4. 注意样品的粒度、装填高度与标样一致，减小实验注意样品的粒度、装填高度与标样一致，减小实验误差。误差。 溶液法测定极性分子的偶极矩目的要求目的要求dq基本原理基本原理 q q为正、负电荷中心所带电荷量，为正、负电荷中心所带电荷量，

11、d d为正、负电为正、负电荷中心距离。荷中心距离。是向量，其方向规定从正到负是向量，其方向规定从正到负 极性分子具有永久偶极矩。但由于分子的极性分子具有永久偶极矩。但由于分子的热运动，偶极矩指向各个方向的机会相同，热运动，偶极矩指向各个方向的机会相同，所以偶极矩的统计值等于所以偶极矩的统计值等于0 0。 若将极性分子置于均匀电场中，则偶极矩若将极性分子置于均匀电场中，则偶极矩在电场的作用下趋向电场方向排列，分子被在电场的作用下趋向电场方向排列，分子被极化，极化的程度可用摩尔转向极化度极化，极化的程度可用摩尔转向极化度P P转向转向来衡量。来衡量。基本原理基本原理24P=L9kT转向K K玻尔兹

12、曼常数玻尔兹曼常数 L L阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数 T T热力学温度热力学温度目的目的1 1：偶极矩与电性质的关系！：偶极矩与电性质的关系！P P P P转向转向 P P诱导诱导 P P诱导诱导 = P= P电子电子 P P原子原子 P P P P转向转向 P P电子电子 P P原子原子 在低频电场或静电场中在低频电场或静电场中P P P P转向转向 P P电子电子P P原子原子很小，可忽略很小，可忽略 基本原理基本原理摩尔极化度摩尔极化度11211112112022123lim2MMMPPPx）（122112111221212022621lim2）（电子nMnMMnnRRPxkTLPPP

13、294-电子转向mCTPP1004274.030）（电子基本原理基本原理电子转向PPP-）（溶211x）（溶211x）（溶211xnn溶溶溶、nnx1112需要测出下列物理量需要测出下列物理量11211112112022123lim2MMMPPPx）（122112111221212022621lim2）（电子nMnMMnnRRPx可知：可知：、MM1111n溶2x斜率斜率= =1同理可求同理可求11211112112022123lim2MMMPPPx ）（122112111221212022621lim2）（电子 nMnMMnnRRPx目的目的2 2：溶液法测定分子的偶极矩！：溶液法测定分子的

14、偶极矩！基本假设：在无限稀释的非极性溶剂的溶液中，溶质分基本假设：在无限稀释的非极性溶剂的溶液中，溶质分子所处的状态与气相时相近子所处的状态与气相时相近溶液法溶液法溶溶溶、nnx1112需要测出下列物理量需要测出下列物理量基本原理基本原理mCTPP1004274. 030）（电子目的目的3 3：用溶液法测定乙酸乙酯分子：用溶液法测定乙酸乙酯分子的偶极矩的偶极矩电吹风电吹风容量瓶（容量瓶（50ml50ml）四氯化碳（分析纯）四氯化碳（分析纯）比重管比重管洗耳球洗耳球（25ml25ml4 4；10ml10ml1 1）环己烷（分析纯）环己烷（分析纯）书书167167页页仪器仪器 试剂试剂配制配制溶液

15、溶液知知x2折光率折光率n的测定的测定液体密度液体密度的测定的测定 介电常数介电常数的测定的测定 实验步骤实验步骤需要测出下列物理量需要测出下列物理量溶溶溶、nnx11122122nnnx酯酯Mmn 2环环Mmn 1环瓶酯环瓶酯mmm瓶环瓶环mmm 以以1 1号溶液为例，先称空瓶质量号溶液为例，先称空瓶质量mm瓶瓶，加入环己，加入环己烷后再称瓶和环己烷质量烷后再称瓶和环己烷质量mm瓶瓶+ +环环，加入乙酸乙酯后，加入乙酸乙酯后，称得称得mm瓶瓶+ +环环+ +酯酯实验步骤实验步骤称（瓶称（瓶+4号溶液）质量号溶液）质量蒸馏水蒸馏水清洗后定容清洗后定容称（瓶称（瓶+水）质量水）质量并并记录实验温

16、度记录实验温度环己烷润洗后定容环己烷润洗后定容称（空瓶称（空瓶+环己烷）质量环己烷）质量环己烷回收环己烷回收1号溶液润洗后定容号溶液润洗后定容 先称先称空瓶质量空瓶质量称（瓶称（瓶+1号溶液）质量号溶液）质量1 1号溶液倒回原瓶号溶液倒回原瓶2号溶液润洗后定容号溶液润洗后定容ttmmmm水瓶瓶）（水瓶瓶）（样样实验步骤实验步骤 介电常数是通过测定介电常数是通过测定电容电容计算而得。设计算而得。设C0为电容器极板为电容器极板间处于真空时的电容值，间处于真空时的电容值，C为充以电介质时的电容值，则为充以电介质时的电容值，则C与与C0之比值之比值 称为该电介质的介电常数称为该电介质的介电常数 C/C0 用小型电容仪测得的电容用小型电容仪测得的电容Cx包括样品电容包括样品电容Cx和电容池和电容池电容电容Cd C C Cd 若要知道若要知道 需知道需知道 C0 0和和Cd d 用一已知介电常数用一已知介电常数 标的标准物质测定电容为的标准物质测定电容为C C标标，则，则有有 标标= = C标标/ / C0 0，则有，则有C标标 = = C0 0 标标，再测电容器中不放样，再测电容器中不放样品时的电容品时的电容