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磁化率测定. 二、基本原理: 物质受到外磁场的作用会发生磁化, 除铁磁性物质外磁化强度 I 正比于外磁场 强度 H : I= κ H ( 1 ) 单位质量磁化率 χ 和摩尔磁化率 χ m 定义是 χ= χ M = M d : M 分别为物质的密度 和相对分子量. к. к. d. d. 一、实验目的: 1 、用磁天平测定物质的磁化率,求算其顺 磁场性原子(离子)的未成对电子数。 2 、掌握古埃法测定磁化率的实验原理和技术。. 物质的磁性一般可分为反磁性、顺磁性和铁磁性。
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磁化率测定 二、基本原理: 物质受到外磁场的作用会发生磁化, 除铁磁性物质外磁化强度I正比于外磁场 强度H:I=κH(1) 单位质量磁化率χ和摩尔磁化率χm定义是 χ= χM= M d:M分别为物质的密度 和相对分子量 к к d d 一、实验目的: 1、用磁天平测定物质的磁化率,求算其顺 磁场性原子(离子)的未成对电子数。 2、掌握古埃法测定磁化率的实验原理和技术。
物质的磁性一般可分为反磁性、顺磁性和铁磁性。物质的磁性一般可分为反磁性、顺磁性和铁磁性。 反磁质的χ<0,摩尔反磁磁化率χD可表示为: χD=-(2) 式中的m为电子质量;e为电子电荷;c为光速; ri为i电子离核的距离;NA为阿佛加往罗常数。 顺磁物质的χ>0,摩尔顺磁磁化率χP=(3) 式中为分子磁矩;κ为玻兹曼常数;T为绝对温度。
铁磁性物质的摩尔磁化率为顺磁和反磁磁化率之和。铁磁性物质的摩尔磁化率为顺磁和反磁磁化率之和。 即 (4) ,∴ (5) 则χM=(6) 通过实验测得磁化率就能确定分子的磁矩。分子的 磁矩决定于电子的轨道运动和自旋运动情况。 (7) 式中:PJ为角总动量;γ为旋磁比( );
g为朗德因子即 (8) J为总内量子数,J=L+S;L为总轨道量子数; S为总自旋量子数;为玻尔磁子即 由于基态分子中电子的轨道角动量是相互抵消的, 即纯自旋时L=0,J=S。则(8)式得g=2,因此 (7)式可写为: (9) 由于基态分子中电子的轨道角动量是相互抵消的, 即纯自旋时L=0,J=S。则(8)式得g=2,因此 (7)式可写为: (9)
由于单电子的自旋量子数为 ,如有几个未成对电子则其总的自旋量子数 (10) 则 把样品管是悬于两磁极中间,一端位于磁场强度最 大区域H,另一端位于很弱的H0区域,则样品在沿 样品管方向所受的力F可用下式表示: F= (11) χ:质量磁化率:m样品的质量;H为磁场强度; 为 沿管方向的磁场梯度。
设样的管高度为l时,则F= (12) 如H0=0时,则F= (13) 用磁天平测出加磁场前后的重量变化, 显然: F= g为重加速度 (14) 则 (15) (16)
莫尔氏盐的值与温度的关系为: 把莫尔盐的值代入(9)、(10)式,可得: 则 (17) 因而可求出样品分子中未成对电子数n。
三、实验步骤: 1、主要仪器:MB-1A型磁天平 2、实验步骤: (1)测量空管在加磁场前后的质量变化△W管值; (2)装样口,样品高度约为12㎝(先装莫尔盐); (3)测量莫尔盐在加磁场前后质量变化△W标值 (分别测加0.2T和0.3T时质量变化值); (4)按以上步骤测定样品的摩尔磁化率。
3、注意事项: (1)粉末样品在管中的装填要均匀; (2)测定时样品管的底部正好处于磁极的中 心线上,即磁场强度最强处; (3)避免空气对流; (4)防止铁磁性物质的混入,不可使用含铁、 镍的角匙或镊子。
空管 莫尔盐 FeSO4.7H2O K4Fe(CN)6.3H2O CuSO4.5H2O 摩尔质量M OT 7.4333 10.7427 10.1042 10.3319 10.7420 0.20T 7.4330 10.7584 10.1276 10.3314 10.7448 0.30T 7.4327 10.772 10.1560 10.3307 10.7484 样品高度(cm) 13.80 13.00 12.20 12.80 样品质量(g) △m1(0.20-0T) △m2(0.30-OT) χm样1 χm样2 平均χm 未成对电子数n 四、实验数据1:零点:270mg 温度:28.0℃
空管 莫尔盐 FeSO4.7H2O K4Fe(CN)6.3H2O CuSO4.5H2O 摩尔质量M OT 7.4652 10.8427 10.8808 10.9789 11.2332 0.20T 7.4649 10.8583 10.9014 10.9784 11.2365 0.30T 7.4645 10.8777 10.9264 10.9778 11.2404 样品高度(cm) 13.90 14.50 14.25 13.30 样品质量(g) △m1(0.20-0T) △m2(0.30-OT) χm样1 χm样2 平均χm 未成对电子数n 实验数据2:温度:31.5℃
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