南京大学物化实验系列磁化率.docVIP

磁化率的测定 实验目的及要求 掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的原理和方法； 通过测定一些络合物的磁化率，求算未成对电子数和判断这些分子的配键类型。 实验原理 磁化率 物质在外磁场作用下，物质会被磁化产生一附加磁场。物质的磁感应强度等于 ( 1 ) 式中为外磁场的磁感应强度，为附加磁感应强度，磁感应强度量纲为Nm－1A—1，单位是特斯拉，以T表示；为外磁场强度，量纲为Am－1单位是高斯，以G表示；为真空磁导率，其数值等于；。 物质的磁化可用磁化强度来描述，它与磁场强度成正比。 ( 2 ) 式中为物质的体积磁化率,是无量纲的量，单位是1。在化学上常用质量磁化率或摩尔磁化率来表示物质的磁性质，、的量纲分别是m3/kg和m3/mol。 ( 3 ) ( 4 ) 式中、分别是物质的密度和摩尔质量。 分子磁矩与磁化率 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，物质就具有永久磁矩。由于热运动，永久磁矩的指向各个方向的机会相同，所以该磁矩的统计值等于零。在外磁场作用下，具有永久磁矩的原子，离子或分子除了其永久磁矩会顺着外磁场的方向排列(其磁化方向与外磁场相同，磁化强度与外磁场强度成正比)，表观为顺磁性外，还由于它内部的电子轨道运动有感应的磁矩，其方向与外磁场相反，表观为逆磁性，此类物质的摩尔磁化率是摩尔顺磁化率和摩尔逆磁化的和。 ( 5 ) 对于顺磁性物质，︱︱︱︱,可作近似处理，。 对于逆磁性物质，则只有，所以它的。 第三种情况是物质被磁化的强度与外磁场强度不存在正比关系，而是随着外磁场强度的增加而剧烈增加，当外磁场消失后，它们的附加磁场，并不立即随之消失，这种物质称为铁磁性物质。 磁化率是物质的宏观性质，分子磁矩是物质的微观性质，用统计力学的方法可以得到摩尔顺磁化率和分子永久磁矩间的关系 ( 6 ) 式中为阿佛加德罗常数；K为波尔兹曼常数；T为绝对温度。 物质的摩尔顺磁磁化率与热力学温度成反比这一关系，称为居里定律，是居里(P. Curie)首先在实验中发现，C为居里常数。 物质的永久磁矩与它所含有的未成对电子数n的关系为 ( 7 ) 式中为玻尔磁子，其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩。 ( 8 ) 式中h为普朗克常数；为电子质量。因此，只要实验测得，即可求出，算出未成对电子数n, 这对于研究某些原子或离子的电子组态，以及判断络合物分子的配键类型是很有意义的。 2．3磁化率的测定 古埃法测定磁化率装置如图l所示。将装有样品的圆柱形玻管如图l所示方式悬挂在两磁极中间，使样品底部处于两磁极的中心。亦即磁场强度最强区域，样品的顶部则位于磁场强度最弱，甚至为零的区域。这样，样品就处于一不均匀的磁场中，设样品的截面积为A，沿样品管的长度方向dS的体积AdS在非均匀磁场中所受到的作用力dF为 图1 古埃磁天平示意图 （9） 式中为磁场强度梯度，对于顺磁性物质的作用力，指向 场强度最大的方向，反磁性物质则指向场强度弱的方向，当 不考虑样品周围介质(如空气，其磁化率很小)和的影响时，整个样品所受的力为 （10） 当样品受到磁场作用力时，天平的另一臂加减砝码使之平衡，设为施加磁场前后的质量差，则 （11） 由于 ，, , 代入（11）式整理得 （12） 式中h为样品高度，单位为m；W为样品质量单位为kg；M为样品摩尔质量单位为kg/mol；为样品密度, 单位为kg/m3；为真空磁导率，；B为磁感应强度，量纲为Nm－1A—1(1N=1kg m/s2)，单位是特斯拉，以T表示；g是重力加速度,为9.80665m/s2；。