磁化率的测定

1、结构化学实验报告题目：磁化率的测定报告作者：学 号：班 级：级化教班指导老师：彭斌老师实验时间：年 月曰磁化率的测定【实验目的】1掌握古埃(Gouy)磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。d电子的排布2.通过对一些配合物磁化率的测定，计算中心离子的不成对电子数.并判断 情况和配位体场的强弱。二、【实验原理】(1) 物质的磁性物质在磁场中被磁化，在外磁场强度H(A m-1)的作用下，产生附加磁场 H'。这时该物质内部的磁感应强度 B为外磁场强度 H与附加磁场强度 H'之和：B = H 十 H'= H+4 n I=H 十4 n k H (1)式中，I称为体积磁化强度，物理意

2、义是单位体积的磁矩，式中的 k =I/H称为物质的体 积磁化率、表示单位体积物质的磁化能力，是无量纲的物理量。I和K分别除以物质的密度P可以得到b和x , b =I/ p称为克磁化强度；x = k / p称为克磁化率或比磁化率。X m= kM/ p称为摩尔磁化率(M是物质的摩尔质量)。这些实验数据都可以从实验测得，是宏观磁 性质。在顺磁、反磁性研究中常用到x和x m,铁磁性研究中常用到 I、b。不少文献中按宏观磁性质， 把物质分成反磁性物质、 顺磁性物质和铁磁性物质以及亚铁磁性 物质、反铁磁性物质几类。其中顺磁性物资的x m>0而反磁性物质的x m<0。(2) 古埃法(Gouy)测

3、定磁化率古埃法是一种简便的测量方法，主要用在顺磁测量。简单的装置包括磁场和测力装置两部分。 调节电流大小，磁头间距离大小，可以控制磁场强度大小。测力装置可以用分析天平。为了测量不同温度的数据，要使用变温、恒温和测温装置。样品放在一个长圆柱形玻璃管内，悬挂在磁场中，样品管下端在磁极中央处，另一端则在磁场强度为零处。样品在磁场中受到一个作用力。dF = HAdH式中，A表示圆柱玻璃管的截面积。样品在空气中称量，必须考虑空气修正，即dF -，0)HAdH 0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是个积分问题：HF r f AHdH 二1 %'A(H2 -H()1 2 F = _如 2因H0&#

4、171;H，且忽略'-0，则 2式中，F可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。F = ( m样一 m空 )g m空为空样品管在有磁场式中，m样为样品管加样品在有磁场和无磁场时的质量差; 和无磁场时的质量差；g为重力加速度。AH2F则有,m样品Ah , h为样品高度,A为样品管截面积,m样品为样品质量。2F M ah 2 2（. ：m样m空 ）ghMm羊品"Ah'm样品H 2只要测量样品重量的变化,磁场强度H以及样品高度h,即可根据公式计算样品的摩尔磁 化率。在实际工作中是采用已准确知道磁化率数值的校准样品来标定磁场，根据式：样品（，m样品mm空） m校

5、准剂M样品h羊品=XXX校准剂 （心“校准剂一心“空）m羊品M校准剂 h校准剂（：m样品一 mm空）m校准剂 M样品h样品样品校准剂X X. C ：m校准剂一八m空） m样品M校准剂h校准剂常用的校准样品有 （NH4 ） 2SO4 FeS04 - 6H2O （莫氏盐）、HgCo （CNS） 4、Ni （en） 3S2O3。 其中，（NH4 ） 2SO4 FeSO4 6H2O的磁化率符合公式：1.1938T 110°式中，T是绝对温度。（3）简单络合物的磁性与未成对电子对于第一过渡系列元素络合物，它们的磁矩实验值大多符合儿小"式中，n是分子中未成对电子数； 卩B是电子磁矩的基

6、本单位，称为波尔磁子。9.274 104J/T4 二 me而磁矩卩m与摩尔顺磁磁化率x m之间有如下关系:3KT4 二 10式中，NA为阿伏伽德罗常数；K为波兹曼常数；T为绝对温度。根据式可以利用测量出的物质的摩尔顺磁化率x m计算出卩m,然后根据式计算样品的未成对电子数。若测得的 x m<0则表示物质是反磁性物质，未成对电子数为零。三、【仪器及试剂】（1） 仪器 磁天平（上海复旦天欣科教仪器有限公司50026）台，样品管一支，直尺一把， 温度计一支。（2） 试齐U 莫尔氏盐（NH4 ） 2SO4 FeSO4 6H2O，分析纯；硫酸亚铁 FeSO4 7H2O,分 析纯；亚铁氰化钾 K4F

7、e （CN ） 6 3H2O，分析纯。四、【实验步骤与数据记录】标定磁场强度方法如下：（1） 取一支清洁干燥的样品管悬挂在磁天平的挂钩上，称质量得m空。（2） 调节磁天平电流开关，由小至大调节至指定位置1A，测质量得m空1。（3）继续调大电流开关至 3A，测质量得m空2。（4） 继续升高电流至4A，停留一定时间（稳定读数），然后调小电流从4A回到3A，测质量 得m空2 '（5）继续调小电流回到1A，测得质量得 m空1 '（6）关闭电流测质量得 m空。表1数据记录表（空管）电流/A空官质量/g m 空 /gI （电流升高）II （电流降低）平均值016.351616.351616

8、.3516116.351716.351416.35155-0.00005316.351416.351316.35135-0.0002（7）装入已经研细的莫氏盐，装样尽量填实，样品要装至距离管口约12cm处，用直尺测量装样的高度，将样品管放入磁天平，按照空管的测量方法测量样品管的重量。 表2样品：莫氏盐，装样高度：13.5 cm电流/A空管+样本质量/g m /gI （电流升高）II （电流降低）平均值028.400928.400628.40075128.404628.404628.40460.00385328.431228.432328.431750.02715（8 ）倒出样品管中的莫氏盐，将

9、样品管清洗干净，吹干。装入研细的硫酸亚铁，装样高度和莫氏盐尽量相同，用同样的方法测量硫酸亚铁的数据。 表3样品：硫酸亚铁，装样高度：13.4 cm电流/A空管+样本质量/g m /gI （电流升高）II （电流降低）平均值029.004029.003729.00385129.009229.009729.009450.0056329.048829.049129.048950.03905（9）倒出样品管中的硫酸亚铁，将样品管清洗干净，吹干。装入研细的亚铁氰化钾，装样高度和莫氏盐尽量相同，用同样的方法测量亚铁氰化钾的数据。 表4 样品：亚铁氰化钾，装样高度：13.5 cm电流/A空管+样本质量/g

10、m /gI （电流升高）II （电流降低）平均值026.777226.777426.7773126.777026.777426.7772-0.0001326.776726.776726.7767-0.0005五、【数据处理】(1)样品的磁化率 T=30 C =303.15K M 莫氏盐=392.14g/molT 1=3.925 X 10-7 m3/kg=1.539 x 10-7m3/mol（2 ）待测样品的摩尔磁化率 x m由式可计算电流为1A时，FeS04 7H2O的摩尔磁化率:,（也“硫酸亚铁一 Am空）m莫氏盐M硫酸亚铁h硫酸亚铁莫氏盐硫酸亚铁 =.（m莫氏盐一 Am空）m硫酸亚铁M莫氏

11、盐h莫氏盐00565g 12-04915g 218.034cm 1.539 10-7m3/mol0.0039g12.65225g392.14 13.5cm73-1.494282 10 m3/mol同理可以分别计算电流强度为 1A、3A时，FeSO4 7H2O、K4Fe ( CN) 6 3H2O的摩尔磁 化率数据处理如下表：电流/A13（Am莫氏盐_ Am空）/g0.00390.02735（4 m硫酸亚铁4 m空）/g0.005650.03925（也m亚铁氰化钾一也m空）/g-0.00015-0.0007M莫氏盐392.14M硫酸亚铁278.03M亚铁氰化钾422.39m莫氏盐12.04915口

12、硫酸亚铁12.65225m亚铁氰化钾10.4257，m (硫酸亚铁)/ m3 mol-11.494282x10二1.480237 X 10-7"m (亚铁氰化钾)/ m3 mol-1-7.368667 X 10-9-4.903464 X 10-9则FeS04 7H2O的摩尔磁化率平均值为:494282 10-7 “480237 10-7 '487269 10-7m3/molK4Fe (CN ) 6 3H2O的摩尔磁化率平均值为:-9-9-7.368667 10 -4.9°3464 10 一& 136066 10_9m3/mol(3) 根据x m计算样品的未成

13、对电子数a、FeS04 7H2OA_m4 二 10 J3 KT得:"m3 mKT3 1.487260 10-7m3/mol 1.380662 10,3J/K 303.15K7.NA 4二 102376.02 104-10= 4.968478 10©J2/T2又因为心-卩 B=9.274078 X 10-24，所以:当 n=1 时，卩 m=1.6063 X 10-23 J2/T2 ; 当 n=2 时，卩 m=2.6231 X 10-23 J2/T2 ;当 n=3 时，卩 m=3.5918 X 10-23 J2/T2 ;当 n=4 时，卩 m=4.5434 X 10-23 J2

14、/T2 ; 当 n=5 时，卩 m=5.4866 X 10-23 J2/T2。由此可以看出，当卩 m=4.968478 X 10-23 J2/T2，接近m =4.778 103J2/T2则FeSO4 7H2O的未成对电子数是4。b、K4Fe (CN) 6 3H2O-93未成对电子数为0。因为m二-6.136066 10 m /mo1 0,故亚铁氰化钾是反磁性物质,六、【实验思考与讨论】 测定空样品管的重量的操作过程中，不要用手、脚、胳膊或身子碰挤或挪动操作台和天 平 装在样品管内的样品要均匀紧密、上下一致、端面平整、高度测量准确 天平称量时，必须关上磁极架外面的玻璃门，以免空气流动对称量的影响

15、。 注意装样的均匀性，粉末样品在管中的装填要求均匀，否则，由此引起的相对误差可达3%。采用多次反复测定并取平均值，可使误差减少到1%。 置样品底部于磁极的中心线上，即最强磁场处。样品管应足够长，使其上端所处的磁 场强度可以忽略不计。 避免空气对流的影响，有条件时可采用真空系统。 选用合适的标准样品，需根据测量目的选用，一般选取易得的、稳定性好、纯度高、重现性好的标准样品，且希望标准样品的磁化率和密度尽可能和测试样品相近。在高磁化率范围内，通常采用莫尔盐为标准样品，用莫尔盐时必须注意装样的均匀性。 防止铁磁性物质的混入，不可使用含铁、镍的角匙或镊子。 测定磁化率的主要方法为受力法一一测定物体在磁

16、场中所受力的大小来求磁化率。作为测定方法中最简易的 Gouy法，其条件总结如表:方法磁场条件样品的物理特 性最低用量应用误差温度控制W.Gouy法均匀磁场，推存 用3000150000Oe的电磁铁或50000Oe的永久磁铁粉末固体，纯 液体和溶液0.5g 固体5mL液体仅应用于 反磁性和 顺磁性物 质0.1%可在广泛 的范围内 控制Gouy法磁天平具有操作简便，无论对顺磁性或反磁性的固体或液体试样都能进行测定等 到优点，但是需用样品量多，对粉末样品由于其装样的不均匀、不同一性而引起的误差较大，不能用于铁磁性及超顺磁性物质的研究，通常也不适用于各向异性磁化率的测定，在应用上受到一定的限制。七、【思考题】讨