配合物磁化率的测定实验报告

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划配合物磁化率的测定实验报告实验十配合物磁化率的测定1实验目的掌握古埃(Gouy)法磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法。用古埃磁天平测定FeSO4·7H2O、K4Fe(CN)6·3H2O这两种配合物的磁化率，推算其不成对电子数，从而判断其分子的配键类型。2实验原理磁化率的定义在外磁场的作用下，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B=B0+B=0H+B(2-1)式中：B0为外磁场的磁感应强度；B为物质磁化产生的附加磁感应强度；H为外磁场强度；0=4×10-7N·A-2为真空磁导率。物质的磁化可用磁化强度M来描述，M也是一个矢量，它与磁场强度成正比M=h(2-2)式中：称为物质的体积磁化率，是物质的一种宏观磁性质。B与M的关系为B=0M=0H(2-3)将(2-3)代入(2-1)得B=(1+)0H=0H(2-4)式中称为物质的相对磁导率。化学上常用单位质量磁化率m或摩尔磁化率M来表示物质的磁性质，它们的定义为(2-5)(2-6)物质的原子、分子或离子在外磁场作用下的三种磁化现象第一种情况是物质本身不呈现磁性，但由于其内部的电子轨道运动，在外磁场作用下会产生拉摩进动，感应出一个诱导磁矩来，表现为一个附加磁场，磁矩的方向与外磁场相反，其磁化强度与外磁场强度呈正比，并随着外磁场的消失而消失，这类物质称为逆磁性物质，其用特斯拉计测量当励磁电流处于1A、3A、5A、3A、1A时相应的磁场强度，记录数据。注意调节励磁电流时必须平稳缓慢，先升后降。用已知M的莫尔氏盐标定特定励磁电流下的磁场强度将空样品管洗净吹干，挂在钩上称量，读数W空管。轻旋电流开关使电流使电流表指针到0A，再依次将电流表指针调为1A、3A、5A、3A、1A，每次均称量空样品管W(I)。毕后，将励磁电流将为0，每次仍称量空样品管，断开电源，再称一次空样品管。计算电流在升、将过程中同样的电流值下空样品管称量的平均值，以及电流为1A、3A、5A时空样品管的质量与0A时空样品管的质量差W空管。物理化学实验报告院系化学化工学院班级学号姓名实验名称络合物的磁化率的测定日期同组者姓名室温气压kPa成绩一、目的和要求1、掌握古埃法磁天平测定物质磁化率的基本原理和实验方法；2、通过对一些络合物的磁化率测定，推算其不成对电子数，判断这些分子的配键类型二、基本原理物质的磁性一般可分为三种:顺磁性,反磁性和铁磁性。a.反磁性是指磁化方向和外磁场方向相反时所产生的磁效应。反磁物质的D0。c.铁磁性是指在低外磁场中就能达到饱和磁化，去掉外磁场时，磁性并不消失，呈现出滞后现象等一些特殊的磁效应。d.摩尔磁化率：?D?P?PM古埃法测定物质的摩尔磁化率的原理通过测定物质在不均匀磁场中受到的力，求出物质的磁化率。把样品装于园形样品管中，悬于两磁极中间,一端位于磁极间磁场强度最大区域H，而另一端位于磁场强度很弱的区域H0，则样品在沿样品管方向所受的力F可表示为：F?mH?H?Z其中：m为样品质量，H为磁场强度，为沿样品管方向的磁场梯度。本实验用摩尔氏盐(六水合硫酸亚铁铵)标定外磁场强度H。测定亚铁氰化钾和硫酸亚铁的摩尔磁化率，求金属离子的磁矩并考察电子配对状况。?Z?H三、仪器、试剂MB-1A磁天平(包括电磁铁，电光天平，励磁电源)1套软质玻璃样品管1只角匙1只漏斗1只莫尔氏盐(NH4)2SO4·FeSO4·6H2OFeSO4·7H2OK4Fe(CN)6·3H2O四、实验步骤1.磁场强度的测定：用已知摩尔磁化率的莫尔氏盐标定某一固定励磁电流时的磁场强度.励磁电流变化0A3A4A3A0A，分别测定励磁电流在各值下的天平的读数，用同一仪器在同等条件下进行后续的测定。具体操作如下：把样品管悬于磁场的中心位置，测定空管在加励磁电流前，后磁场中的重量。求出空管在加磁场前，后的重量变化管，重复测定三次读数，取平均值。把已经研细的莫尔氏盐通过小漏斗装入样品管，样品高度约为8m。读出样品的高度，要注意样品研磨细小，装样均匀不能有断层。测定莫尔氏盐在加励磁电流前，后磁场中的重量。求出在加磁场前后的重量变化样品+管，重复测定三次读数，取平均值。2样品的莫尔磁化率测定：把测定过莫尔氏盐的试管擦洗干净，把待测样品K424?Fe(CN)6?3H2O?7HO，分别装在样品管中，按着上述步骤，分别测定在FeSO加磁场前，后的重量。求出重量的变化，重复测定三次读数，取平均值。五、原始数据T=h=8cmMFeSO4·7H2O=g/molMK4Fe(CN)6·3H2O=g/molM莫尔氏盐=392g/mol六、数据处理(一)由莫尔氏盐质量磁化率和实验数据计算相应的励磁电流下的磁场强度值：在实验温度(=)下：莫尔氏盐的标准m=9500/(T+1)*4*10-9=9500/(+1)*4*10-9=*10-7m3·kg-1所以莫尔氏盐的摩尔磁化率M=M莫尔氏盐*m=392g/mol*10-7m3·kg-1=×10-7m3·mol-1根据公式?M?2(?m样品+空管?m空管)ghM?0mH2求不同励磁电流下的磁场强度H：I=时：H?105A?m?1同理可得，I=时：H=×105A·m-1(二)计算FeSO4·7H2O和K4Fe(CN)6·3H2O的m再计算其m和未成对电子数n现以FeSO4·7H2O为例做计算示例：根据公式：?M?2(?m样品+空管?m)ghM空管FeSO4?7H2O?0mH2求出FeSO4·7H2O在两个不同的励磁电流下的得，?MFeSO47H2OM并取平均值，?10?7m3·mol-1磁化率-络合物的测定本实验对磁介质在磁场中的磁化现象进行了探讨，并通过对一些物质的磁化率的测定，求出未成对电子数并判断络合物中央离子的电子结构和成键类型。此外，加强了对古埃法测定磁化率原理和技术的理解及学习使用了磁天平。磁化率是各种物质都普遍具有的属性。考察组成物质的分子：如果分子中的电子都是成对电子，则这些电子对的轨道磁矩对外加磁场表现出“抗磁性”或“反磁性”，该物质的磁化率将是一个负值，其数量级约10-510-6emu。但是如果分子中还存在非成对电子，那么这些非成对电子产生的磁矩会转向外磁场方向，并且这种效应比产生“抗磁性”的楞次定律效应强很多，完全掩盖了成对电子的“抗磁性”而表现出“顺磁性”，其磁化率是正值，数量级约10-210-5emu。原子核的自旋磁矩也会产生顺磁效应，不过核顺磁磁化率只有约10-10emu，一般不予考虑。上述的顺磁性和抗磁性均为弱磁性，其相应的磁化率都远小于1；还有一种“铁磁性”，其磁化率远大于1被称为强磁性。弱磁性和强磁性还有一个显著区别是：弱磁性物质的磁化率基本上不随磁场强度而变化，强磁性物质的磁化率却随磁场强度而剧烈变化。可见，测量磁化率可以区分物质的磁性类型，还可以检测外界条件改变时磁性的转变；测定顺磁性物质的磁化率，有助于计算出每个分子中的非成对电子数，从而推测出该物质分子的配位场电子结构。仪器与试剂古埃磁天平；CT5型高斯计一台；软质玻璃样品管4支；装样品工具一套。(NH4)2SO4·FeSO4·6H2OFeSO4·7H2OK4Fe(CN)6·3H2O实验步骤1）研细粉末样品2）测定(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O的相关数据：取一只空样品管，使励磁电流从小到大再从大到小，依次测量其在I=0、3A、4A、4A、3A、0时的视重质量，并重复一次。向该样品管中匀实的装入样品粉末，保证样品柱高度超过15cm并且记下高度值；仿照上述测空样品管的步骤，依次测六个电流值时的视重质量，并重复一次。3）测定FeSO4·7H2O和K4Fe(CN)6·3H2O的相关数据：另取一只空样品管，仿照测(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O的步骤，将样品改为FeSO4·7H2O测定并记录有关数据。再换一只空样品管，测K4Fe(CN)6·3H2O。注意事项1）操作中电流调节要缓慢，并注意电流稳定后方可称量；2）样品管底部要与磁极中心线齐平；3）称量时样品管要处于两个磁极的中间；4）样品的高度必须h15cm，而且准确记录下来；5）样品要研细、填实。3.结果与讨论实验结果FeSO4·7H2O摩尔磁化率M=m3/mol；未成对电子数n4；K4Fe(CN)6·3H2O摩尔磁化率M=-E-7m3/mol；未成对电子数n0结果讨论1）配合物的空间结构FeSO4·7H2O的结构式为Fe(II)(H2O)6SO4·H2O，即中心原子Fe2+由周围的6个水分子配位，形成的是正八面体空间结构。K4Fe(CN)6·3H2O的结构式为K4Fe(II)(CN)6·3H2O，即中心原子Fe2+由周围的6个氰根离子配位，形成的也是正八面体空间结构。2+H2OOH2OHH2OFig1.两个正八面体结构的配合物离子4?CNH2O2ONCCNCN2）配位场的电子结构的讨论ML6型配合物分子的配位场电子轨道依次是(a1g)(t1u)(eg)(t2g)(e*g)(t*1u)(a*1g)。Fe(II)(H2O)62+，其中心原子Fe2+提供6个3d电子，周e*g围6个水分子配体共提供12个配位电子，6+12=18电子。又t2g因为水分子是弱配体，故Fe(II)(H2O)62+的配位场电子结构为(a1g)2(t1u)6(eg)4(t2g)4(e*g)2。42可见在(t2g)和(e*g)轨道上各有2个未成对电子，共有Fig2.(t2g)(e*g)电子排布n=4；另外按照杂化轨道理论称之为sp3d2型配键。所以FeSO4·7H2O是弱场高自旋的电价配合物。e*gFe(II)(CN)64-，其中心原子Fe2+提供6个3d电子，周围6个氰根配体共提供12个配位电子，6+12=18电子。又因为氰根离子是强配体，故Fe(II)(CN)64-的配位场结构与上述的不同，为(a1g)2(t1u)6(eg)4(t2g)6(e*g)0。可见在所有轨道上都没有未成对电子，n=0；另外按照杂化轨道理论称之为d2sp3型配键。所以K4Fe(CN)6·3H2O是强场低自旋的共价配合物。3）不同磁场强度H下样品的摩尔磁化率M不同的原因不同励磁电流I下测得的摩尔磁化率M并不相同，因为p?2?pH3KT这一关系式是经典电磁理论的统计力学结果，它把磁矩取向视为可以连续变化H?的；但是基于量子力学理论，磁矩取向是量子化的而不能连续改变，上述p对T的线性关?PHH