实验三 磁化率的测定.doc

1 -实验三 磁化率的测定一、实验目的1、用古埃法测定物质的磁化率，求算其顺磁性原子（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3、掌握古埃磁天平的使用方法二、基本原理1、分子磁矩 与磁化率m物质在外磁场 H0 作用下，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H'物质被磁化的程度用磁化率 表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关： H' = 4π H0 （3—1）为无因次量，称为物质的体积磁化率，简称磁化率，表示单位体积内磁场强度的变化，反映了物质被磁化的难易程度化学上常用摩尔磁化率 表示磁化程度，它与 的m关系为：（3—2）Mm式中 M、 分别为物质的摩尔质量与密度 的单位为 m3 mol−1物质在外磁场作用下的磁化现象有三种：（磁化现象与组成物质的分子、原子及离子的内部结构有关，不同的物质受到相同外磁场的作用，其产生的磁化现象不尽相同归纳起来，有以下三种 ）（磁化现象与组成物质的分子、原子及离子的内部结构有关，不同的物质受到相同外磁场的作用，其产生的磁化现象不尽相同归纳起来，有以下三种 ）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 = m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向相反的感应磁矩如同线圈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、Cu、Bi 等它的 称为反磁磁化率，用 表示，m反且 >| |，所以对于顺磁性物质，可以认为 = ，顺 反 顺反 顺其值大于零，即 >0m- 2 -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 物质的磁性因此分为三种即： 顺磁性、反磁性、铁磁性对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率与分子磁矩 关系可由居里——郎之万公式m表示： = = （3 —3）m顺 kTNA320式中N A为阿伏加德罗常数（6.022×10 23 mol−1），k为玻尔兹曼常数(1.3806× 10−23J K−1 )，为真空磁导率（4 π×10−7 N A−2），T为热力学温度式（3—3）可作为由实验测定磁化0率来研究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： m（3 —4）)2(nBm式中 为玻尔磁子，是磁矩的自然单位。

= 9.274 ×10−24 J T −1（T 为磁感应强度BB的单位，即特斯拉）2、古埃法测定物质的摩尔磁化率（ ）的原理M本实验用古埃磁天平测定物质的摩尔磁化率 ，测定原理如图 3—1 所示m一个截面积为 A 的样品管，装入高度为 h、质量为 m 的样品后，放入非均匀磁场中样品管底部位于磁场强度最大之处，即磁极中心线上，此处磁场强度为 H样品最高处磁场强度为零前已述及，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 为空气的体积磁化率，0可以证明，样品管内样品受到的力为：（3—5）20)(21AF将式（3—2）代入上式，并考虑到 ，而 值很小，相hAm0应的项可以忽略，可得： 图 3—1（3—6） 古埃磁天平测量原MhHmF201理在磁天平法中利用精度为 0.1 mg 的电子天平间接测量 F 值设 Δm 0 为空样品管在有磁场和无磁场时的称量值的变化（Δm 0 ＝ m0 有 － m0 无 ） ，Δm 为装样品后在有磁场和无磁场时的称量值的变化（Δm ＝ m 有 － m 无 ） ，则（3—7）gF)(0- 3 -式中，g 为重力加速度，将式（3—7）代入式（3—6） ，可得：（3 —8）20)(mHghMm磁场强度 H 可由特斯拉计测量，应该注意，特斯拉计测量的实际上是磁感应强度 B，单位为 T（特斯拉） 。

磁场强度 H 可由 关系式计算得到， H 的单位为 A m−1也B0可用已知磁化率的莫尔氏盐标定三、仪器和试剂古埃磁天平（包括电子天平） 1 台；软质玻璃样品管 2 支；装样品工具（包括角匙、小漏斗、玻璃棒、研钵） 1 套；FeSO 4·7H2O（A.R.） ；K 4[Fe(CN)6] ·3H2O（A.R.） 四、操作步骤1、调整仪器（1）检查两磁头间的距离是否合适，试管尽可能在两磁头的正中间2）电流调节器左旋至最小，接通电源此时电流表显示为全零，特斯拉计显示值不一定是全零，待预热五分钟以后，调节调零电位器使特斯拉计处于全零值2、测量空样品管质量变化 （Δm 0 ＝ m0 有 － m 0 无 ）将空的样品管悬于磁极的正中心位置，测定空管在加励磁电流（励磁电流就是产生磁场的电流，不同的地方不一样如继电器，励磁电流就是流过继电器线圈的，使继电器动作的电流，在电机学中是指通过励磁绕组中的电流，励磁绕组是形成磁极的绕组 ）前后的质量重复测定三次，取平均值，求出样品管在加磁场前后的质量变化 03、测量待测样品的质量变化 （Δm ＝ m 有 － m 无 ）把已经研细的样品通过小漏斗装入样品管，边加边用玻璃棒轻轻的将样品压紧（力度尽可能保持一致） ，样品高度为 15cm 以上，用直尺准确测量样品的高度 h。

用同样的方法测量样品管在加磁场前后的质量，重复测定三次，取平均值，求出其 五、数据记录和处理实验名称\实验次数 1 2 3 平均值空管 m0 无空管 m0 有空管 Δm 0样品管 m 无样品管 m 有样品管 ΔmΔm－Δm 0求摩尔磁化率 M- 4 -求磁矩 m求未配对电子数 n1、根据公式（3—8）计算样品的摩尔磁化率[式中 m 值为装有样品后的管与空管在无磁场时的称量值之差即：m = m 无 － m 0 无 ]2、根据公式（3—3）求样品的磁矩3、根据公式（3—4）求样品中金属离子的未配对电子数六、注意事项1、磁天平总机架必须放在水平位置，电子天平要做好水平调整2、吊绳和样品管必须与它物相距至少 3mm 以上3、励磁电流的变化应平稳、缓慢4、微量的铁磁性物质对测量结果影响很大，处理样品时要特别注意防止杂质沾染注：古埃(Gouy)磁天平的特点是结构简单，灵敏度高用古埃磁天平法测量物质的磁化率，从而可求得永久磁矩和未成对电子数，这对研究物质结构具有重要意义莫尔氏盐：(NH 4)2SO4·FeSO4·6H2O(分析纯) ；FeSO 4·7H2O(分析纯)；K3Fe(CN)6(分析纯)；K 4Fe(CN)6·3H2O(分析纯)。

分子磁矩 ： 在原子中，电子因绕原子核运动而具有轨道磁矩；电子还因自旋具有m自旋磁矩；原子核、质子、中子以及其他基本粒子也都具有各自的自旋磁矩这些对研究原子能级的精细结构，磁场中的塞曼效应以及磁共振等有重要意义，也表明各种基本粒子具有复杂的结构分子的磁矩就是电子轨道磁矩以及电子和核的自旋磁矩构成的，磁介质的磁化就是外磁场对分子磁矩作用的结果磁化率 ：表征磁介质属性的物理量等于磁化强度与磁场强度 H 之比。