——Magnetic Susceptibility of Complex Compound

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——Magnetic Susceptibility of Complex Compound 络合物的磁化率测定 ——Magnetic Susceptibility of Complex Compound 化学系基础实验中心

目的要求 实验原理 实验方法 实验步骤 数据处理 思考题

目的要求 掌握古埃(Gouy)磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法。 通过对一些络合物的磁化率测定,推算其未成对电子数,判断这些分子的配键类型。

实验原理 在外磁场作用下,物质会被磁化产生附加磁感应强度,则物质内部的磁感应强度为 B=B0+B’=μ0H+B’ 化学上常用质量磁化率χm或摩尔磁化率 χM来表示物质的磁性质 χm=χ/ρ χM=M·χm=M·χ/ρ

物质的原子、分子或离子在外磁场作用下的磁化现象存在三种情况: 逆磁性 顺磁性 铁磁性

χM=χ0+Lμm2μ0/3kT≈Lμm2μ0/3kT χμ=Lμm2μ0/3kT=C/T 对于顺磁性物质而言,由于χμ》|χ0|,可以近似的把χμ当作χM ,即 χM=χ0+Lμm2μ0/3kT≈Lμm2μ0/3kT μm与未成对电子数n的关系为

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,Fe2+离子在自由离子状态下的外层电子结构为3d64s04p0,如果其配合物为电价络合物,则外层电子组态为

如果其配合物为共价络合物,则外层电子组态为 Fe2+外层电子组态重排示意图

实验方法 古埃(Gouy)磁天平示意图

? S N dH H0 H 古埃(Gouy)磁天平工作原理示意图

物质的摩尔磁化率为 以莫尔氏盐【(NH4)SO4·FeSO4·6H2O】为标准物质进行间接测量,求得上式中H,莫尔氏盐的χM与热力学温度T关系式为:

实验步骤 启动磁天平 磁场两极中心处磁场强度H的测定:用已知的莫尔氏盐标定对应于特定励磁电流值的磁场强度值 取一支清洁、干燥的空样品管,悬挂在天平一端的挂钩上,使样品管的底部在磁极中心连线上。准确称量空样品管。然后将励磁电流电源接通,依次称量电流在2.0A,3.0A时的空样品管。接着将电流调至3.5A,然后减小电流,再依次称量电流在3.0A,2.0A时的空样品管。将励磁电流降为零时,断开电源开关,再称量一次空样品管。由此可求出样品质量m0及电流在2.0A,3.0A时的△m0(应重复一次取平均值)。

取下样品管,装入莫尔氏盐(在装填时要不断将样品管底部敲击木垫,使样品粉末填实),直到样品高度约18cm为止。准确测量样品高度h,测量电流为零时莫尔氏盐的质量mB及2.0A,3.0A时的△mB的平均值。 测定完毕,将样品管中的莫尔氏盐样品导入回收瓶,然后洗净样品管、干燥备用。 测定FeSO4·7H2O、K4Fe(CN)6·3H2O、K3Fe(CN)6和CuSO4·5H2O的摩尔磁化率 重复上述②的实验步骤分别测定样品的摩尔磁化率

数据处理 由莫尔氏盐的磁化率和实验数据,计算各特定励磁电流相应的磁场强度值。 由样品的实验数据,分别计算和讨论在励磁电流为2.0A,3.0A时的χm、µm以及未成对电子数n。 根据未成对电子数,讨论样品中Fe2+(或Cu2+)的最外层电子结构及由此构成的配键类型。

思考题 简述用古埃磁天平法测定磁化率的基本原理。 本实验中为什么样品装填高度要求在18cm左右? 在不同的励磁电流下测定的样品摩尔磁化率是否相同?为什么?实验结果若有不同应如何解释? 从摩尔磁化率如何计算分子内未成对电子数及判断其配键类型?