磁化率的测定

关于磁化率的测定实验目的1．通过测定络合物的摩尔磁化率，计算其分子的永久磁矩及未成对电子数，并推测各络合物的配键类型；2．掌握古埃（Gouy）磁天平测定磁化率的实验原理和方法。第2页,共15页，2024年2月25日，星期天

物质在外加磁场的作用下会感应产生一个附加磁场，该物质磁感应强度B为外磁场强度与附加磁场之和实验原理式中μ0=4×10-7N•A-2，称为真空磁导率。（1）

1．物质的磁化率第3页,共15页，2024年2月25日，星期天对于非铁磁质

(2)式中为κ物质的体积磁化率。是物质的一种宏观磁性质。

化学上常用单位质量磁化率χm和摩尔磁化率χM来表示物质的磁性质。

式中

是物质的密度

（3）（4）第4页,共15页，2024年2月25日，星期天2.分子磁矩与磁化率的关系

物质的磁性与组成物质的原子、离子或分子的微观结构有关。当原子、离子或分子的两个自旋状态电子数不相等，即有未成对电子时，该物质具有永久磁矩。反之，则无永久磁矩。

具有永久磁矩的原子、离子或分子在外磁场下，其永久磁矩会顺着外磁场方向同向排列,表现顺磁性,同时它内部电子轨道运动有感应的磁矩，其方向与外磁场相反，表现出反磁性。无永久磁矩的原子、离子或分子则只有反磁性。所以物质的摩尔磁化率为顺磁化率。顺和反磁化率反之和：

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对于反磁性物质，则只有χ反，故χM=χ反。摩尔顺磁化率χ顺和分子永久磁矩

M间的关系为：对于顺磁性物质，当|χ顺|>>|χ反|时，Mχ≈

χ顺；式中k为玻尔兹曼常数=1.380662×10-23J•K-1,由χM的测定可计算分子磁矩。第6页,共15页，2024年2月25日，星期天

3.分子磁矩与未成对电子数的关系

物质的永久磁矩与它所包含的未成对电子数n的关系为：

B为波尔磁子,其物理意义为单个自由电子自旋产生的磁矩：

me为电子静止质量，e为电子电荷，c为光速。T为特斯拉。第7页,共15页，2024年2月25日，星期天4．摩尔磁化率的测定

本实验采用Gouy磁天平法测定物质的χM

。

将盛有样品的样品管悬挂在两磁极中间，使样品管底部处于两极中心，即磁场强度最强处。样品应足够长，其上端所在处磁场可略不计。这样圆柱形样品就处在一不均匀磁场中。沿样品轴心方向Z存在一磁场强度梯度。样品截面积为A，作用在样品一体积元AdZ上的磁矩为（χ-χ0）HAdZ，该体积元样品沿磁场方向受力df为第8页,共15页，2024年2月25日，星期天作用在整个样品上的力f为

式中κ0为空气的磁化率，积分边界条件H为磁场中心的磁场强度，H0为样品顶端的磁场强度。若忽略空气的磁化率，H0=0，得设

W为样品置于磁场内外称量的重量差，则第9页,共15页，2024年2月25日，星期天由于代入式（15-9）得摩尔磁化率：

h为样品高度,W为样品在无磁场作用下的重量，H为磁场强度,M样品为样品的摩尔质量。

第10页,共15页，2024年2月25日，星期天H可由莫尔盐[(NH4)2SO4

FeSO4

6H2O]标定，莫尔盐的χm与温度T（热力学温度）的关系为：

在实际应用时，可采用“相对法”。即待测样品和标定用样品使用同一样品管，样品装填高度相同，并在同一磁场强度下进行测量，这时由式（11.7.13）可得：式中下标“样”代表待测样品，“标”代表莫尔盐。第11页,共15页，2024年2月25日，星期天实验方法1．用已知xm的莫尔盐标定磁场强度

将干燥清洁的样品管（长约120mm，带塞，未装样品）挂在天平托盘下的挂钩上，高节连结线的长度，使样品管底距磁极中心距离在150mm以上，称空样品管在磁场外的重量W管。改变样品管位置，使样品管底处于磁场中心处，再称取空样品管在磁场中的重量W’管。取下样品管，用小漏斗把事先研细的莫尔盐装入样品管中，边装边振动并用玻棒压紧，使样品层装填均匀，紧密，样品层高约70mm。准确量取样品层高h，同样称取样品及管在磁场外和磁场内的重量W管+样品及W

管+样品。

每次称量取三次读数，再取平均值。2．测定样品的摩尔磁化率

在样品管中装入待测样品，按照上述方法操作，测出它们在磁场内外的重量变化。第12页,共15页，2024年2月25日，星期天注意事项

1.霍尔探头必须插在两磁极中间，且探头的平面应平行与两磁极面；装好后，测量过程中不再移动。2.装样应填实均匀，应放在小漏斗中边装边轻轻敲，样品高度最好一样(12cm)。3.样品管底部应放在两磁极中心，不要与任何物品相接触。

第13页,共15页，2024年2月25日，星期天结果记录样品质量磁场强度空管莫尔盐FeSO4·7H2OK