磁化率的测定

磁化率的测定第1页，共20页，2023年，2月20日，星期二1.测定物质的摩尔磁化率，推算分子磁矩，估计分子内未成对电子数；2.掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。一、实验目的第2页，共20页，2023年，2月20日，星期二a.物质在外磁场H0作用下，由于电子等带电体的运动，会被磁化而感应出一个附加磁场H’。物质被磁化的程度用磁化率χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关。

二、实验原理A.摩尔磁化率和分子磁矩第3页，共20页，2023年，2月20日，星期二b.χ称为物质的体积磁化率，简称磁化率，表示单位体积内磁场强度的变化，反映了物质被磁化的难易程度。c.化学上常用摩尔磁化率χm表示磁化程度，它与χ的关系为第4页，共20页，2023年，2月20日，星期二1).物质的原子、离子或分子中没有自旋未成对的电子，即它的分子磁矩μm=0。当它受到外磁场作用时，内部会产生感应的“分子电流”，相应产生一种与外磁场方向相反的感应磁矩。这种物质称为反磁性物质，如Hg、Cu、Bi等。它的χm称为反磁磁化率，用χ反表示，且χ反<0。d.物质在外磁场作用下的磁化现象有三种：第5页，共20页，2023年，2月20日，星期二2).物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子，即它的分子磁矩μm≠0，这种物质称为顺磁性物质，如Mn、Cr、Pt等，表现出的顺磁磁化率用χ顺表示。但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩，因此它的χm

是顺磁磁化率与反磁磁化率之和。因│χ顺│>>│χ反│，所以对于顺磁性物质，可以认为χm=χ顺，其值大于零，即χm>0。3).物质被磁化的强度随着外磁场强度的增加而剧烈增强，而且在外磁场消失后其磁性并不消失。这种物质称为铁磁性物质。第6页，共20页，2023年，2月20日，星期二e.对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率χm与分子磁矩μm关系可由居里－郎之万公式表示：式中L为阿伏加德罗常数（6.022×1023mol−1），K为玻尔兹曼常数(1.3806×10−23J.K−1)，μ0为真空磁导率（4π×10−7N.A−2），T为热力学温度。第7页，共20页，2023年，2月20日，星期二f.分子磁矩μm

由分子内未配对电子数n决定，其关系如下：

g.求得n值后可以进一步判断有关络合物分子的配键类型。[Fe(H2O)6]2+3d4s4p[Fe(CN)6]4-3d4s4p第8页，共20页，2023年，2月20日，星期二B.摩尔磁化率的测定第9页，共20页，2023年，2月20日，星期二a.用古埃磁天平测定物质的磁化率时，将装有样品的圆柱形玻璃管悬挂在分析天平的一个臂上，使样品底部处于电磁铁两极的中心，即处于磁场强度最大的区域，样品的顶端离磁场中心较远，磁场强度很弱，整个样品处于一个非均匀的磁场中。由于沿样品轴心方向z存在一磁场梯度，故样品沿z方向受到磁力dF的作用式中：χ-体积磁化率

A-柱形样品的截面积

H-磁场强度

第10页，共20页，2023年，2月20日，星期二b.若不考虑样品管周围介质和的影响，积分得到作用在整个样品管上的力为：χ0-空气的体积磁化率μ0-真空磁导率第11页，共20页，2023年，2月20日，星期二Ⅰχ0很小,可以忽略Ⅱ第12页，共20页，2023年，2月20日，星期二在磁天平法中利用天平间接测量F值。设Δm0为空样品管在有磁场和无磁场时的称量值的变化，Δm为装样品后在有磁场和无磁场时的称量值的变化，则.第13页，共20页，2023年，2月20日，星期二磁场强度H可由特斯拉计或CT5高斯计测量。应该注意，高斯计测量的实际上是磁感应强度B，单位为T（特斯拉），1T=104高斯。磁场强度H可由关系式计算得到B=μ0H，H的单位为A.m−1。也可用已知磁化率的莫尔氏盐标定。式中M为莫尔氏盐的摩尔质量(kg.mol-1)[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]第14页，共20页，2023年，2月20日，星期二a.打开励磁电源开关，电流表、毫特斯拉计表头调零。然后调节励磁电流约2A，预热仪器。检查磁头间距是否在20mm左右，霍尔探头是否处在磁场最强处。三、实验步骤b.W空管测定第15页，共20页，2023年，2月20日，星期二

ΔW空管＝W空管,H－W空管，0

将一支清洁、干燥的空样品管套在天平右侧的塞子上，调节样品管位置，使其处在两磁极的中心位置，并使其底部正好与磁极中心线齐平。然后用天平测定其质量W空管,01。打开励磁电流开关，由小至大缓慢调节磁场强度为300mT，称重为W空管,H1

；然后调节磁场强度稍超过300mT再调回到300mT，称重为W空管,H2

。调节磁场强度为零，关闭励磁电流开关，称重为W空管,02。第16页，共20页，2023年，2月20日，星期二c.W样品+空管的测定

取下样品管，将预先研钵研细的样品通过小漏斗装入样品管。装填时应不断将样品管底部轻击橡皮垫，使粉末样品均匀填实。样品高度为14～15cm为宜。用直尺准确测量并记录样品高度h。用与步骤1相同的方法测量ΔW样品+空管。第17页，共20页，2023年，2月20日，星期二测ΔW空管ΔW莫尔盐+空管测ΔW硫酸亚铁+空管ΔW铁氰化钾+空管测ΔW空管ΔW亚铁氰化钾+空管测第18页，共20页，2023年，2月20日，星期二注意事项1.样品管的位置一定要调节好。调节样品管位置时，应同时注意霍尔探头与样品管底部之间的距离约5mm。2.注意样品装填的均匀性，这是实验的关键点之一。3.天平称量时，注意动作一定要轻柔，防止损坏天平或造成样品管晃动晃动致使称量困难。另外还要尽量避免空气流动对测定产生影响。4.增大磁场强度时，转动调节器的动作应缓慢，防止样品晃动而被磁极吸住。电源打开、关闭前，调节器都应旋至最小，防止损坏表头和励磁线圈。5.注意样品的粒度、装填高度与标样一致，减小实验误差。第19页，共20页，2023年，2月20日，星期二数据记录表格

项目H(mT)h(cm)0300(1)30