PDF《实验十一 磁化率的测定》

实验十一 磁化率的测定

一、目的要求 1.

掌握 Gouy 磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术. 2.通过对一些配合物磁化率的测定,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.

二、实验原理 物质在磁场中被磁化,在外磁场强度H(A・m -1 )的作用下,产生附加磁场H'

. 这时该物质内部的磁感应强度B为外磁场强度H与附加磁场强度H'

之和: B=H十H'

=H十4πχH=μH (1) 式中χ称为物质的体积磁化率、表示单位体积物质的磁化能力,是无量纲 的物理量.μ称为导磁率,与物质的磁化学性质有关.由于历史原因,目前磁 化学在文献和手册中仍多半采用静电单位(CGSE),磁感应强度的单位用高斯 (G),它与国际单位制中的特斯拉(T)的换算关系是 1T=10000G 磁场强度与磁感应强度不同、是反映外磁场性质的物理量.与物质的磁化 学性质无关.习惯上采用的单位为奥斯特(oe).它与国际单位A・m -1 的换算关 系为 1oe= 1/4πX10-3 A・m -1 由于真空的导磁率被定为:μ=4π*10 -7 Wb・A-1・m -1 ,而空气的导磁率μ 空≈μ0,因而 1oe=1*10 -4 Wb・m -2 =1*10 -4 T=1G 这就是说

1 奥斯特的磁场强度在空气介质中所产生的磁感应强度正好是

1 高斯,二者单位虽然不同.但在量值上是等同的.习惯上用测磁仪器测得的 磁 场强度 实际上都是指在某一介质中的磁感应强度,因而单位用高斯,测磁仪器 也称为高斯计. 除χ外化学上常用单位质量磁化率χm和摩尔磁化率χM来表示物质的磁化 能力: χm=χ / ρ (2) χM=M・χM=M・χ/ρ (3) 式中ρ和M是物质的密度(g・cm -3 )和分子量,χm的单位取cm

3 ・g -1 ,χM 的单位取cm

3 ・mol -1 . 物质在外磁场作用下的磁化有三种情况 1.χMo,这类物质称为顺磁性物质. 3.少数的χM与外磁场H有关,其值随磁场强度的增加而剧烈增加,并且还 伴有剩磁现象,如铁、钴、镍等,这类物质称为铁磁性物质. 物质的磁性与组成物质的原子、离子、分子的性质有关.原子、离子、分 子中电子自旋已配对的物质一般是逆磁性物质.这是由于电子的轨道运动受外 磁场作用,感应出 分子电流 ,从而产生与外磁场相反的附加磁场.这个现象 类似于线圈中插入磁铁会产生 感应 电流,并同时 产生与外磁场方向相反的磁 场的现象. 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χμ和分子永久磁矩μm之间的关系: (4) 式中NA为Avogadro常数(6.022x10

23 mol -1 );

K为Boltzmann常数 (1.3806x10-23 J・K -1 );

T为绝对温度.通过实验可以测定物质的χM,代人(4) 式求得μm(因为χM≈μm),再根据下面的(6)式求得不成对的电子数n,这对 于研究配位化合物的中心离子的电子结构是很有意义的. 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P. Curie 首先在实验中发现的,C为居里常数. 原子、离子、分子中具有自旋未配对电子的物质都是顺磁性物质.这些不 成对电子的自旋产生了永久磁矩μm,微观的永久磁矩与宏观的摩尔磁化率χM 之间存在联系,这一联系可以表达为: (5) (6) 式中:μB为Bohr磁子,其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩. μB=eh/4πmc=9.274*10 -21 erg・G-1=9.274*10 -24 J/T,e、m为电子电荷和 静止质量;

c为光速;