磁化率测定实验的优化

《磁化率测定实验的优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、磁化率测定实验的优化商锦婷2010301040139杨斯文2010301040129化学与分子科学学院2010级化类一班【摘要】磁化率测定是研究物质结构的重要方法之一，用于某些有机物、稀土元素化合物、配合物、金属催化剂和自由基体系的研究，从而丫解物质内部电子分布，化学键以及电子结构有关的问题。本文根据古埃磁天平的超顺磁性质，使用古埃磁天平研究磁流体的磁性（磁化率和磁化强度）和稳定性。【关键词】古埃磁天平；磁化率；磁性；顺磁性；逆磁性；不成对电子数；d电子构型。【引言】凡是处于磁场屮能够对磁场发生影响的物质都属于磁介质。根据物质在外磁场屮表现岀的特性，物质可粗略地分为三类：顺磁性物质，抗磁性

2、物质，铁磁性物质。本实验中用磁天平，使用控制变量法测定不同磁场强度，不同样品高度下的磁化率。通过比较标准数裾，探究在电磁场产生外加磁场时，得出最适的磁场强度和样品的高度。【实验部分】一、实验目的1.掌握古埃（Gouy）磁天平测定磁化率的原理和方法。2.通过对一些配位化合物磁化率的测定，计算中心离子的不成对电子数，并判断d电子的排布情况和配位体场的强弱。3.探宄样品高度、磁场强弱对磁化率的测定造成的影响，改进细节。二、实验原理1.摩尔磁化率和分子磁矩物质在外磁场作用卜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物质被磁化的程度用磁化率X表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关：

3、H=4ttxH（1）H为附加磁场强度，H外磁场强度，x为无因次量，称为物质的体积磁化率，简称磁化率，表示单位体积I4磁场强度的变化，反映了物质被磁化的难易程度.化学上常用摩尔磁化率xm表示磁化程度，它与X的关系为Xm=xM/p式中/w、p分别为物质的摩尔质量与密度.Xm的单位为m3mor1.物质在外磁场作用下的磁化现象有三种.•第一种，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^~=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叫相反的感应磁矩.如同线阖在磁场中产生感生电流，这一电流的附加磁场方向与外磁场相反.这种物质称为反磁性物质，如Hg

4、、Cu、Bi等.称为反磁磁化率，用么表示，且X<0.第二种，物质的原子、离子或分子屮存在自旋未成对的电子，它的电子角动量总和不等于零，分子磁矩Mm#O.这些杂乱取向的分子磁矩在受到外磁场作用时，其方向总是趋向于与外磁场同方向，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表示.第三种，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.对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率与分子磁矩pm关系可由居里一郎之万公式表示:X,tt=Lp0pm2/(3kT)(3)23-1-23-1式屮L为阿伏加德罗常数(6.022x10mol)

5、k为玻尔兹曼常数(1.3806x10J*K)72Mo为真空磁导率(4TTX10N*A),7■为热力学温度.式(3)可作为由实验测定磁化率来研宄物质内部结构的依据.分子磁矩^^由分子内未配对电子数n决定，其关系如下：Mm=MB[n(n+2)]1/2(4)24-1式中MB为玻尔磁子，是磁矩的自然单位.MB=9.274x10J>T(7■为磁感应强度的单位，即特斯拉).2+求得n值后可以进一步判断有关络合物分子的配键类型.例如，Fe离子在自由离子状6002+态下的外层电子结构为3d4s4p.如以它作为屮心离子与6个1_120配位体形成[Fe(H2O)6]2+络离子，是电价络合物.其屮Fe离子仍然保

6、持原自由离子状态下的电子层结构，此吋n=4.见图所示：④①①(5XDOOOO3

7、放入非均匀磁场中.样品管底部位于磁场强度最大之处，即磁极屮心线上，此处磁场强度为H.样品最尚处磁场强度为零.前己述及，对于顺磁性物质，此时产生的附加磁场与原磁场同向，即物质内磁场强度增大，在磁场中受到吸引力.设Xo力空气的体积磁化率，可以证明，样品管IA1样品受到的力为：F^PmXml^Po/ivrh(5)在磁天平法屮利用精度为0.1mg的电子天平间接测量F值.设为空样品管在有磁场和无磁场时的称量值的变化，△/??为装样