实验十 配合物磁化率的测定
磁化率的测定(实验报告) zh
磁化率的测定武汉大学化学与分子科学学院 化学基地班专业摘要：本实验对磁介质在磁场中的磁化现象进行了探讨，通过逐渐增加样品管内样品高度及改变励磁电流强度探究磁化率测定的最佳样品高度和最佳磁场强度。
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熟练了磁天平的使用。
关键词：磁化率 古埃法 未成对电子前言： 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未成对电子的情况。
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10-5~10-6emu 。
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10-2~10-5emu 。
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。
[1]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。
前面的实验中我们不经检验直接就使样品高度为7cm,励磁电流为3A ，这次实验我们就要通过逐渐增加样品管内样品高度及改变电流强度探究磁化率测定的最佳样品高度和最佳磁场强度。
1.理论准备与实验操作1.1仪器与试剂古埃磁天平（包括磁场元件，电光天平，励磁电源等） 软质玻璃样品管1支装样品工具（研钵、角匙）一套 (NH 4)2SO 4·FeSO 4·6H 2O （分析纯） K 4Fe(CN)6·3H 2O （分析纯）1.2实验原理 [1] [2]物质的磁性可以用磁导率μ或者磁化率χ表示。
实验10交流磁化率.doc
實驗十交流磁化率磁性物質在外加磁場H 下，其磁偶極M 方向，會傾向沿著外加磁場方向。
當外加磁場強度愈大峙，磁性物質所受到的磁化愈強，磁偶極強度愈大，最終會到達一個飽和值。
繼之若將磁場降低，對於軟磁性材料而言，磁偶極強度也會隨之減弱;當外加磁場降低到零時，軟磁性材料的磁偶極強度不會歸零，而是保有一個磁偶極強度M r，此現象稱之為殘磁。
而將外加磁場反方向增強時，該殘留的磁偶極強度會降低，直到反方向的外加磁場到達某一特定強度時，才會讓殘留的磁偶極強度消失，此時的外加磁場強度稱之為矯頑力H C。
當此反方向的外加磁場繼續加強時，磁性材料有會有非零的磁偶極強度。
如此的行為會隨著外加磁場強度與方向的改變，讓磁性材料的磁偶極有特定的變化行為，此行為稱之為磁滯曲線。
而當外加磁場是交流磁場且交流頻率不太高時(一般在微波頻率以下) ，磁偶極的方向可隨著此交流磁場，作週期性變化，此即交流磁化率的物理源由。
每一瞬間，磁性物質之磁偶極方向不一定與外加交流磁場同方向，因此磁性物質的交流磁化率，可用振幅及相位差來表示。
由交流磁化量測器Xacf-G搭配上函數產生器與示波器，可供作量測磁性物質在在不同頻率下的交流磁化率χac的振幅與相位差，並讓使用者了解相位差的具體觀念。
亦可透過換算，得到交流磁化率χac的實部與虛部。
建議之頻率調變範囡由200 Hz到20 kHz。
值得注意的是，本實驗儀器所形成的外加磁場振幅很小，因此所觀察到的交流磁化率是在磁滯曲線H~0處。
量測原理簡介本量利器中，藉由函數產生器所提供的交流電源，使量測器中的激發線圈產生交流磁場。
將待測樣品置於此線圈內，利用本量測器中的梯度式訊號擷取線圈，將此交流磁化率訊號轉換成交流電壓訊號，再經過量測器所附的放大線路，最後使用示波器來觀察交流磁化率的振幅及相位。
透過改變函數產生器的輸出頻率，可建立樣品交流磁化率χa c之振幅及相位差隨外加磁場頻率f之變化關條，或是交流磁化率χac之實部及虛部隨外加磁場頻率f之變化關係。
磁化率的测定
实验步骤
用已知XM的莫尔盐标定磁场强度。 先将干燥清洁的空样品管挂在天平托盘下
的挂钩上，调节样品管位置，使样品管底部 处于磁场中心处（不能与磁极接触，并与探 头有合适的距离）。先在磁场为零时，称取 空样品管质量W管，后称取处在磁场中的质 量W管’。
实验步骤
取下样品管，装入莫尔盐，边加样边振动 并用玻棒压紧，使样品装填均匀紧密，约 12cm高。准确量取样品层高h，同样称取 已装样的样品管在无磁场和有磁场时的质 量W管＋样品及W管＋样品’ 。
B4em h e 9.271 4 024 JT-1 ( 2 )
实验原理
摩尔磁化率的测定
采用古埃磁天平测定物质的XM，如图
实验原理
将盛有样品的样品管悬挂在两磁极的中间， 是样品管底部处于两极的中心，即磁场最强处。 这样圆柱形样品就处于一不均匀磁场中心。 作用在样品上的力为
f ＝ 1/2kH2A
H为磁场中心磁场强度，A为样品横截面积
实验原理
XM ＝ X顺 ＋ X反 对于顺磁性物质，只有当|X顺|>>X反时， 近似得XM ＝ X顺；对于反磁性物质，则只 有X反，故XM ＝ X顺 。 摩尔磁化率X顺和分子永久磁矩m间的关 系为
X顺 ＝ L 3kTm 2 或X顺L 3kTm 2
实验原理
分子磁矩和未成对电子数
μm= n(n+2)μB ( 1 ) 其中B为波尔磁子
实验原理
对于顺磁性物质，会有一个力把样品拉入
磁场，f指向磁场强度最强的方向。反磁性物 质会有一个力把样品推出磁场，f指向磁场强 度最弱的方向。当样品受到磁场作用力时，天 平的另一臂上加减砝码使之平衡，设W为样 品管置于磁场内外称量的质量差，
XM2( W 空 管 ＋ 样 品 H － 2W 样 W 品 空 管 )ghM 样 品
磁化率的测定实验报告记录(华南师范大学物化实验)
磁化率的测定实验报告记录(华南师范大学物化实验)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：磁化率的测定一、实验目的（1）掌握古埃磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。
（2）通过对一些配位化合物磁化率的测定，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2.1物质的磁性物质在磁场中被磁化，在外磁场强度H的作用下，产生附加磁场。
该物质内部的磁感应强度B为：B=H+4πI=H+4πκH （1）式中，I称为体积磁化强度，物理意义是单位体积的磁矩。
式中κ=I/H称为物质的体积磁化率。
I和κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ，σ=I/ρ称为克磁化强度；χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。
χm=κM/ρ称为摩尔磁化率（M是物质的摩尔质量）。
这些数据都可以从实验测得，是宏观磁性质。
在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm，铁磁性研究中常用到I、σ。
不少文献中按宏观磁性质，把物质分成反磁性物质。
顺磁性物质和铁磁性物质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质积累。
其中，顺磁性物质χm>0而反磁性物质的χm<0。
2.1古埃法测定磁化率古埃法是一种简便的测量方法，主要用在顺磁测量。
简单的装置包括磁场和测力装置两部分。
调节电流大小，磁头间距离大小，可以控制磁场强度大小。
测力装置可以用分析天平。
为了测量不同温度的数据，要使用变温、恒温和测温装置。
样品放在一个长圆柱形玻璃管内，悬挂在磁场中，样品管下端在磁极中央处，另一端则在磁场强度为零处。
样品在磁场中受到一个作用力。
dF=κHAdH （2）式中，A表示圆柱玻璃管的截面积。
样品在空气中称量，必须考虑空气修正，即dF=（κ-κ0HAdH）（3）κ0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是积分问题：（4）因H0H，且忽略κ0，则（5）式中，F可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。
磁化率的测定(实验报告)
磁化率得测定1、实验目得１、１测定物质得摩尔磁化率,推算分子磁矩,估计分子内未成对电子数,判断分子配键得类型。
1、2掌握古埃（Ｇouy)磁天平测定磁化率得原理与方法。
2、实验原理2、1摩尔磁化率与分子磁矩物质在外磁场H0作用下，由于电子等带电体得运动，会被磁化而感应出一个附加磁场Ｈ'。
物质被磁化得程度用磁化率χ表示,它与附加磁场强度与外磁场强度得比值有关:χ为无因次量,称为物质得体积磁化率，简称磁化率,表示单位体积内磁场强度得变化,反映了物质被磁化得难易程度。
化学上常用摩尔磁化率χm表示磁化程度，它与χ得关系为式中M、ρ分别为物质得摩尔质量与密度。
χm得单位为ｍ3·mol -1。
物质在外磁场作用下得磁化现象有三种:第一种,物质得原子、离子或分子中没有自旋未成对得电子，即它得分子磁矩，µm＝0。
当它受到外磁场作用时,内部会产生感应得“分子电流”,相应产生一种与外磁场方向相反得感应磁矩。
如同线圈在磁场中产生感生电流,这一电流得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。
它得χｍ称为反磁磁化率,用χ反表示,且χ反<0。
第二种，物质得原子、离子或分子中存在自旋未成对得电子,它得电子角动量总与不等于零,分子磁矩µm≠0。
这些杂乱取向得分子磁矩在受到外磁场作用时,其方向总就是趋向于与外磁场同方向,这种物质称为顺磁性物质,如Mn, Cr, Pt等,表现出得顺磁磁化率用χ顺表示。
但它在外磁场作用下也会产生反向得感应磁矩,因此它得χｍ就是顺磁磁化率χ顺。
与反磁磁化率χ反之与。
因|χ顺｜»|χ反｜,所以对于顺磁性物质，可以认为χｍ=χ顺,其值大于零,即χm>0。
第三种，物质被磁化得强度随着外磁场强度得增加而剧烈增强,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。
对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁磁化率与分子磁矩µm关系可由居里－郎之万公式表示:式中L为阿伏加德罗常数(6、022×102３mol-1),、ｋ为玻尔兹曼常数(1、380６×１0－23J·K-1）,µ0为真空磁导率(4π×１0－7N·A-2,T为热力学温度。
磁化率的测定(完成)
实验报告学生姓名学号专业年级、班级课程名称实验项目磁化率的测定实验类型验证设计综合实验时间年月日实验指导老师实验评分一、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（1）物质的磁性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十4πI＝H十4πкH＝μH (1)式中I称为体积磁化强度，物理意义是单位体积的磁矩。
式中的к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。
I 和к分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ，σ = I/ρ称为克磁化强度；χ = к/ρ称为克磁化率或比磁化率。
χm = кM/ρ称为摩尔磁化率（M是物质的摩尔质量）。
这些数据都可以从实验测得，是宏观磁性质。
在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm ，铁磁性研究中常用到I、σ。
不少文献中按宏观磁性质，把物质分为反磁性物质、顺磁性物质和铁磁性物质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质几类。
其中，顺磁性物质的χm >0，而反磁性物质的χm <0。
（2）古埃法测定磁化率古埃法是一种简便的测量方法，主要用在顺磁测量。
简单的装置包括磁场和测力装置两部分。
调节电流的大小，磁头间距离大小，可以控制磁场强度大小。
测力装置可以用分析天平。
为了测量不同温度的数据，要使用变温、恒温和测温装置。
样品要放在一个长圆柱形玻璃管内，悬挂在磁场中，样品管下端在磁极中央处，此处磁场强度最强；另一端则在磁场强度为零处，即处在磁场强度可忽赂不计的位置。
样品在磁场中受到一个作用力。
dF = κHAdH ①式中，A表示圆柱玻璃管的截面积。
样品在空气中称量，必须考虑空气修正，即dF =(κ-κ0)HAdH ②表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是个积分问题：F=∫(κ-κ0)HAdH = 1/2(κ-κ0)A(H2-H20) ③因H0＜＜H，且忽略κ0，则F = 1/2 κAH2④式中，F可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。
磁化率测定实验报告
深圳大学实验报告课程名称: 物理化学实验实验项目名称：演示实验磁化率测定学院：化学与化工学院专业：指导教师：报告人：学号：班级：实验时间： 2012年06月05日实验报告提交时间： 2012年06月18日教务处制Ⅰ、实验目的1、测定物质的摩尔磁化率，推算分子磁矩，估计分子内未成对电子数，判断分子配键的类型。
2、掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。
Ⅱ、实验原理1、摩尔磁化率和分子磁矩物质在外磁场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χ表示，它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关：χ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χm表示磁化程度，它与χ的关系为式中M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。
χm的单位为m3·mol －1。
物质在外磁场作用下的磁化现象有三种：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，µm=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χm 称为反磁磁化率，用χ反表示，且χ反<0。
第二种，物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子，它的电子角动量总和不等于零，分子磁矩µm ≠0。
这些杂乱取向的分子磁矩在受到外磁场作用时，其方向总是趋向于与外磁场同方向，这种物质称为顺磁性物质，如Mn，Cr，Pt 等，表现出的顺磁磁化率用χ顺表示。
但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩，因此它的χm是顺磁磁化率χ顺。
与反磁磁化率χ反之和。
因|χ顺|»|χ反|，所以对于顺磁性物质，可以认为χm＝χ顺，其值大于零，即χm>0。
磁化率的测定
磁化率的测定磁化率的测定是研究物质磁性性质的一种常用方法。
磁化率是描述物质在外磁场作用下磁化程度的物理量，是磁场强度与物质磁化强度之间的比值。
测定磁化率可以帮助我们了解物质的磁性特征，对于研究磁性材料、电磁器件设计等具有重要意义。
磁化率的测定可以通过多种方法实现，下面将介绍几种常见的测定方法。
一、磁化曲线法磁化曲线法是一种基于磁化过程的测定方法。
它通过在外磁场中改变物质的磁化状态，测定物质的磁化强度，从而计算出磁化率。
常用的仪器是霍尔差分磁化仪。
通过在不同磁场强度下测量样品的磁化强度，得到磁化曲线，通过对磁化曲线的分析，可以得到物质的磁化率。
二、振荡磁滞回线法振荡磁滞回线法是一种利用物质在交变磁场中的磁滞特性来测定磁化率的方法。
该方法通过在交变磁场中测量物质的磁化强度和磁场强度的关系，得到磁滞回线，进而计算出磁化率。
常用的仪器是交流磁滞仪。
该方法适用于测量低频范围内的磁化率。
三、饱和磁化法饱和磁化法是一种通过测量物质在饱和磁场下的磁化强度来计算磁化率的方法。
该方法利用了物质在饱和磁场下，磁化强度与磁场强度成线性关系的特点。
通过在饱和磁场下测量磁化强度，可以准确计算出磁化率。
常用的仪器是饱和磁化强度计。
四、库仑法库仑法是一种通过物质在恒定磁场中的磁导率来计算磁化率的方法。
该方法利用了物质在恒定磁场中，磁感应强度与磁场强度成线性关系的特点。
通过测量磁感应强度和磁场强度的比值，可以计算出磁化率。
常用的仪器是库仑磁感应强度计。
以上介绍了几种常见的磁化率测定方法，每种方法都有其适用范围和优缺点。
在实际应用中，选择合适的测定方法需要考虑样品特性、测量精度、实验条件等因素。
磁化率的测定在研究物质磁性性质、材料科学、电磁器件设计等领域具有重要应用价值。
磁化率的测定可以帮助我们了解物质的磁性特征，指导材料的选择和设计，推动科学研究的进展。
通过不断改进测定方法和提高测量精度，我们能够更好地理解和应用磁性材料，为科学技术的发展做出更大的贡献。
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实验十配合物磁化率的测定
实验目的：通过测定不同浓度的Ni（H2O）62+水合离子的磁化率，了解配位化合物磁学性质及其影响因素。
实验原理：
1.磁学性质与磁矩
物质中原子或离子的磁矩相互作用就是磁化作用，称为磁性。
分子或离子间相互作用所造成的总磁矩和分子或离子本身固有磁矩所造成的磁矩合成为分子或离子的总磁矩。
物质在磁场中的磁性现象是磁化率和磁导率的变化。
磁化率介于0~1之间，反映了物质对磁场的响应能力，分为顺磁性和抗磁性。
顺磁性物质受磁场作用后会自发地将所含磁矩与外磁场相平行，从而使物质自发地产生强磁效应。
因此其磁化率为正，而有机分子、非过渡金属配合物和高自旋过渡金属离子阴离子都属于无磁性。
2.Ni（H2O）62+的磁学性质
Ni（H2O）62+属于八面体配位，中心离子为Ni（ Ni2+ d8）,其d电子属于高自旋电子，磁矩大小较大，它对外加磁场的响应较强，容易表现顺磁性。
3.顺磁性物质的磁化性质
顺磁性物质的磁化率能够反映顺磁性的强弱，其磁矩与外磁场的关系如下式所示：
m=χVH0
其中，V为该物质所含的微观体积，H0为外部磁场强度，Χ为磁化率。
实验原材料和仪器：
实验材料：Ni（H2O）62+水合离子各5g/L、10g/L、20g/L溶液。
实验仪器：磁化率测定仪。
实验步骤：
1.将测定仪连接电脑，启动磁化率测定软件。
2.选取浓度不同的Ni（H2O）62+溶液，每种浓度取三个样品。
3.测量每个样品对各个不同磁场强度下的磁化率（Χ），并记录数据。
实验数据记录：
1.按照上述步骤完成所有测量。
2.将数据整理为表格。
3.画出三种不同浓度下Ni（H2O）62+的磁化率与磁场强度之间的关系曲线。
实验结果分析：
1.由数据和曲线可以看出，当磁场强度较小时，磁化率随着磁场强度的增加而增大，这是因为顺磁性物质会自发地将所含磁矩与外磁场相平行。
2.当磁场强度较大时，磁化率先饱和，然后随着磁场强度的继续增加而逐渐减小，这是由于磁化率达到饱和后，再施加过强的磁场，会使物质中大部分磁矩失去自由，随着温度的升高，顺磁性可能会转化为抗磁性。
3.在相同的磁场强度下，浓度较高的样品磁化率明显高于浓度较低的样品，这是因为浓度较高的样品中含有更多的Ni（H2O）62+离子，所含总磁矩较多，其磁化响应也更强。
4.通过实验可以看出，Ni（H2O）62+水合离子是一种典型的顺磁性物质，其磁化率与磁场强度之间的关系符合磁化率与外磁场强度之间的线性关系，但在较高磁场强度下，其磁化率会达到一个极限值，此时无论磁场强度如何增大，其磁化率都不会继续增大。
结论：。