實驗十三配合物磁化率的測定

1、實驗十三 配合物（絡合物）磁化率的測定13.1目的要求1掌握用Gouy法測定配合物磁化率的原理和方法2通過配合物磁化率的測定，計算其中心金屬離子的未成對電子數(shù)，并判斷配合物中配鍵的鍵型13.2實驗原理13.2.1 磁（介）質(zhì)的摩爾磁化率M 磁（介）質(zhì)分為：鐵磁質(zhì)（Fe、Co、Ni及其化合物）和非鐵磁質(zhì)。 非鐵磁質(zhì)分為：反磁質(zhì)（即反磁性物質(zhì)）和順磁質(zhì)（即順磁性物質(zhì)），順磁質(zhì)中含有未成對電子。 在不均勻磁場中，反磁質(zhì)受到的磁場作用力很小，該作用力由磁場強度大的地方指向磁場強度小的地方。所以，本實驗中反磁質(zhì)處于不均勻磁場中時的質(zhì)量比無外磁場時的稍小一點；而順磁質(zhì)受到的磁場作用力較大，作用力由磁場強度

2、小的地方指向磁場強度大的地方。即，本實驗中順磁質(zhì)處于不均勻磁場中時的質(zhì)量比無外磁場時的質(zhì)量有明顯增大。 化學上人們感興趣的是非鐵磁質(zhì)。非鐵磁質(zhì)中的反磁質(zhì)具有反磁化率，順磁質(zhì)同時具有順磁化率和反磁化率，但其順磁化率（正值）遠大于其反磁化率（負值）。所以，對順磁質(zhì)而言，其摩爾磁化率：M = （摩爾順磁化率）+ 0（摩爾逆磁化率） 而 （在本實驗中的單位為：cm3·mol -1）上式中，g為重力加速度（SI單位為：m·s -2）， H為磁場強度（單位為：Oe，讀作“奧斯特”），在本實驗的計算中其值也可消去，亦不必考慮其取值的大小及單位；M為樣品的摩爾質(zhì)量，在本實驗的計算中其單位取

3、g/mol；h為樣品管中所裝樣品粉末的高度，在本實驗的計算中其單位取cm；WH為有外加磁場時“樣品+試管”的質(zhì)量與“空試管”的質(zhì)量之差，單位為g；WO為無外加磁場時“樣品+試管”的質(zhì)量與“空試管”的質(zhì)量之差，單位為g。13.2.2 磁場強度H的標定 若已知某樣品的磁化率，則可通過實驗利用下式求出對應的磁場強度。 （cm3·mol -1）同理，若已知某樣品的比磁化率（即單位質(zhì)量磁介質(zhì)的磁化率）m（m3·kg 1或cm3·g -1），則亦可通過實驗利用下式求出對應的磁場強度。 已知莫爾鹽（六水合硫酸亞鐵銨晶體）的比磁化率僅是熱力學溫度T/K的函數(shù)，具體關系為：（m3&

4、#183;kg 1）（其中，熱力學溫度T的單位K已預先消去了）而根據(jù)SI制與CGS制的換算，有：m3·kg-1=cm3·g-1，所以， （cm3·g 1）因此，只要在一定溫度下，用莫爾鹽進行測定，即可由下式求出磁場強度的平方。表面上看，本實驗似乎需要求出磁場強度的平方用于后續(xù)計算，但實際上，在具體的數(shù)據(jù)處理中我們并不由上式求出具體數(shù)值，因為有些量可以消去（見后面的討論）。式中W的意義見實驗步驟部分。13.2.3 樣品的摩爾磁化率M的測定 （式中M為樣品的摩爾質(zhì)量，單位g·mol-1）（注意：順磁質(zhì)M >0，反磁質(zhì)M <0）可見，只要測出樣品管

5、中有關樣品（兩個樣品以及莫爾鹽）的高度，樣品在有外磁場時的質(zhì)量、樣品在無外磁場時的質(zhì)量，即可求出樣品的摩爾磁化率，而不需計算磁場強度的平方。4求樣品的永久磁矩m 將上述計算所得的M（cm3·mol 1）代入下式，可得永久磁矩的平方值。 5樣品的未成對電子數(shù)n的計算 式中，是電子的磁矩（玻爾磁子）= 9.274×10-21erg·Oe-1。13.3實驗用品古埃磁天平， 電子太平，樣品管，直尺，電吹風。莫爾鹽(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O(A.R.)，K2Fe(CN)6·3H2O(A.R.)，F(xiàn)eSO4·7H2O(A.

6、R.)13.4實驗步驟13.4.1 閱讀古埃磁天平的使用說明，理解其使用方法，復習電子天平的操作方法。 13.4.2 先將磁天平上的電流旋鈕旋至電流為零的位置，在打開磁天平上的電源總開關。通過 電流強度的增減調(diào)節(jié)磁天平的電磁鐵的磁場強度時，應緩慢地增大或減小電流。增大磁場時，要由小到大緩慢地增大電流；關閉磁場時，要由大到小緩慢地減小電流。13.4.3調(diào)節(jié)電流大小使古埃磁天平電磁鐵的磁場強度為300mT左右，再將空試管吊放于磁 場的適當位置（參見圖1），測定有磁場時空試管的質(zhì)量mH, 管，再將電流調(diào)為零，稱量無磁場時空試管的質(zhì)量m0, 管。因使用電子天平稱重，所以每次測定的讀數(shù)只需讀數(shù)一次。13

7、.4.4 裝入樣品莫爾鹽粉末，并用玻棒將試管上部的固體輕輕壓平，以方便量出樣品的高度為然后調(diào)節(jié)電流大小使磁天平電磁鐵的磁場強度達到300mT左右，小心地將已裝樣的試管掛到電子天平下的吊環(huán)上，稱量有磁場時“莫爾鹽+試管”的質(zhì)量mH, 管+莫；再將電流調(diào)為零，稱量無磁場時“莫爾鹽+試管”的質(zhì)量m0, 管+莫。一個樣品用完后應按要求倒回到原試劑瓶中（切不可倒錯試劑瓶），或丟棄于指定的其它容器中，然后先用自來水洗凈試管，再用蒸餾水淌洗兩次，倒去試管中的余水后，向試管中加入約1毫升無水乙醇將試管淌洗一遍，淌洗后將乙醇倒如指定的試劑瓶中，而后用電吹風吹干試管用于另一個樣品的稱量。13.4.5重復第4步的操

8、作，分別測定硫酸亞鐵晶體、亞鐵氰化鉀晶體（均為粉末）在有磁場時“樣品+試管”的質(zhì)量mH, 管+樣、無磁場時“樣品+試管”的質(zhì)量m0, 管+樣。13.4.6可用于數(shù)據(jù)處理的W值：WH，莫 = mH，管+莫 - mH，管 W0，莫 = m0, 管+莫 - m0，管WH，樣 = mH，管+樣 - mH，管 W0，樣 = m0, 管+樣 - m0，管13.4.7實驗完畢后，將電流旋鈕緩慢調(diào)到零，再關閉電源開關，打掃小組實驗臺面的衛(wèi)生，抄錄一份原始實驗數(shù)據(jù)記錄，交教師簽字后離開實驗室。13.5注意事項13.5.1裝樣時要一邊裝樣一邊在桌面上輕輕地震動試管，使樣品緊密均勻地填實試管，當樣品表面距管口約0.

9、5cm時停止裝樣，最后用各樣品專用的小玻棒將管內(nèi)表面的樣品輕輕壓平。13.5.2由于試管是被掛載于天平托盤底部所連接的一根細繩下面的掛鉤上的，而電子天平的最大稱重量只有約100克，所以，要特別注意保護電子天平，任何時候都嚴禁向下拉動細繩。掛載試管時要一手將細繩向上提起，另一手將試管掛于掛環(huán)上，然后再將細繩連同試管一起緩慢、輕輕地放下。取下試管時，則要首先將細繩向上提起，另一手取走試管，然后緩慢地放下細繩。操作中還要盡量減少試管的擺動，以保護天平。而且，掛載試管的細繩不應與任何物體接觸。13.5.3稱量過程中，試管應與地面垂直，試管底部則要剛好位于兩快電磁鐵的上下位置和左右位置的正中央（參見圖1

10、）。13.6實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表1. 磁化率的測定室溫： 21.0 ，裝樣高度： 18.1cm 稱重/gB0=0B1=300mTB2=350mTmm(B1)m(B2)空管21.647321.643721.6418/-0.00375-0.0053521.647121.643221.641921.647221.6434521.64185空管+(NH4)2SO4·FeSO4·6H2OM=392.14×10-3kg·mol-133.156133.329133.393611.508950.172950.2375533.156233.329133.393833.15

11、61533.329133.3937空管+FeSO4·7H2OM=278.05×10-3kg·mol-133.439933.674833.735111.792650.23490.295333.439833.674733.735233.4398533.6747533.73515空管+K4Fe(CN)6·3H2OM=422.39×10-3kg·mol-133.344633.339633.337111.69735-0.0048-0.0075533.344533.339933.336933.3445533.3397533.337空管+K3Fe(

12、CN)6M=329.16×10-3kg·mol-133.989234.028634.042612.342050.03960.0534533.989334.029134.042833.9892534.0288534.0427(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O： =0.411T=0.482TFeSO4·7H2O：M(H)=M樣品m空管+樣品(H) -m空管(H)/(m空管+標樣(H) -m空管(H)×m標樣/m樣品×m,標M(H1)=278.05×10-3×(0.2349+0.00375)/(0.172

13、95+0.00375)×11.50895/11.79265×4.0427×10-7=1.481×10-7m3.mol-1M(H2)=278.05×10-3×(0.2953+0.00535)/(0.23755+0.00535)×11.50895/11.79265×4.0427×10-7=1.358×10-7m3.mol-1m3.mol-1Fe2+：:sp3d2雜化未成對電子數(shù)為4，形成配合物時，3d軌道電子不需重排，采用sp3d2雜化，故此絡合物為電價絡合物（外軌絡合物）。K4Fe(CN)6

14、83;3H2O：M(H)=M樣品m空管+樣品(H) -m空管(H)/(m空管+標樣(H) -m空管(H)×m標樣/m樣品×m,標M(H1)=422.39×10-3×(-0.0048+0.00375)/(0.17295+0.00375)×11.50895/11.69735×4.0427×10-7=-7.392×10-10m3.mol-1M(H2)=422.39×10-3×(-0.00755+0.00535)/(0.23755+0.00535)×11.50895/11.69735×

15、;4.0427×10-7=-1.229×10-9m3.mol-1m3.mol-1 n=0Fe2+： : d2sp3雜化未成對電子數(shù)為0，形成配合物時，中心離子的3d軌道電子需重排，空出2個d軌道，采用d2sp3雜化，故此絡合物為共價絡合物（內(nèi)軌絡合物）。K3Fe(CN)6：M(H)=M樣品m空管+樣品(H) -m空管(H)/(m空管+標樣(H) -m空管(H)×m標樣/m樣品×m,標M(H1)=329.26×10-3×(0.0396+0.00375)/(0.17295+0.00375)×11.50895/12.34205&#

16、215;4.0427×10-7=3.045×10-8m3.mol-1M(H2)=329.26×10-3×(0.05345+0.00535)/(0.23755+0.00535)×11.50895/12.34205×4.0427×10-7=3.005×10-8m3.mol-1m3.mol-1Fe3+：: d2sp3雜化未成對電子數(shù)為1，形成配合物時，中心離子的3d軌道電子需重排，空出2個d軌道，采用d2sp3雜化，故此絡合物為共價絡合物（內(nèi)軌絡合物）。表2. 磁化率的測定室溫： 24.0 ，裝樣高度： 18.1cm 稱

17、重/gB0=0B1=300mTB2=350mTmm(B1)m(B2)空管21.623121.620821.6201/-0.00215-0.002921.623021.621021.620221.6230521.620921.62015空管+(NH4)2SO4·FeSO4·6H2OM=392.14×10-3kg·mol-135.670235.784135.825114.047050.113850.155135.670035.783835.825335.670135.7839535.8252空管+FeSO4·7H2OM=278.05×10

18、-3kg·mol-136.688536.845936.90215.065450.157050.213636.688536.845236.902236.688536.8455536.9021空管+K4Fe(CN)6·3H2OM=422.39×10-3kg·mol-137.058337.053537.051815.4349-0.00445-0.0062537.057637.053537.051637.0579537.053537.0517空管+K3Fe(CN)6M=392.19×10-3kg·mol-137.784637.820337.8

19、33416.161550.03540.0490537.784637.819737.833937.784637.820037.83365(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O： =0.303T=0.354TFeSO4·7H2O：M(H)=M樣品m空管+樣品(H) -m空管(H)/(m空管+標樣(H) -m空管(H)×m標樣/m樣品×m,標M(H1)=278.05×10-3×(0.15705+0.00215)/(0.11385+0.00215)×14.04705/15.4349×4.002×10-

20、7=1.424×10-7m3.mol-1M(H2)=278.05×10-3×(0.2136+0.0029)/(0.1551+0.0029)×14.04705/15.4349×4.002×10-7=1.422×10-7m3.mol-1m3.mol-1Fe2+：:sp3d2雜化未成對電子數(shù)為4，形成配合物時，3d軌道電子不需重排，采用sp3d2雜化，故此絡合物為電價絡合物（外軌絡合物）。K4Fe(CN)6·3H2O：M(H)=M樣品m空管+樣品(H) -m空管(H)/(m空管+標樣(H) -m空管(H)×m標

21、樣/m樣品×m,標M(H1)=422.39×10-3×(-0.00445+0.00215)/(0.11385+0.00215)×14.04705/15.4349×4.002×10-7=-6.01×10-9m3.mol-1M(H2)=422.39×10-3×(-0.00625+0.0029)/(0.1551+0.0029)×14.04705/15.4349×4.002×10-7=-6.20×10-9m3.mol-1m3.mol-1 n=0Fe2+： : d2sp3雜化未成對電子數(shù)為0，形成配合物時，中心離子的3d軌道電子需重排，空出2個d軌道，采用d2sp3雜化，故此絡合物為共價絡合物（內(nèi)軌絡合物）。K3Fe(CN)6：M(H)=M樣品m空管+樣品(H) -m空管(H)/(m空管+標樣(H) -m空管(H)×m標樣/m樣品×m,標M(H1)=329.26×10-3×(0.0354+0.00215)/(0.11385+0.00215)×14.04705/16.1