磁化率的测定.ppt

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，星期六，2024年，5月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，星期六，2024年，5月对于非铁磁质(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，星期六，2024年，5月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：第5页,共15页，星期六，2024年，5月对于反磁性物质，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，星期六，2024年，5月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，星期六，2024年，5月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，星期六，2024年，5月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，星期六，2024年，5月由于代入式（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，星期六，2024年，5月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，星期六，2024年，5月实验方法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，星期六，2024年，5月注