實(shí)驗(yàn)十 配合物(絡(luò)合物)磁化率的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)十配合物（絡(luò)合物）磁化率的測(cè)定一、目的要求1．掌握用Gouy法測(cè)定配合物磁化率的原理和方法2．通過(guò)配合物磁化率的測(cè)定，計(jì)算其中心金屬離子的未成對(duì)電子數(shù)，并判斷配合物中配鍵的鍵型二、實(shí)驗(yàn)原理1．磁（介）質(zhì)的摩爾磁化率χM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(duì)電子。在不均勻磁場(chǎng)中，反磁質(zhì)受到的磁場(chǎng)作用力很小，該作用力由磁場(chǎng)強(qiáng)度大的地方指向磁場(chǎng)強(qiáng)度小的地方。所以，本實(shí)驗(yàn)中反磁質(zhì)處于不均勻磁場(chǎng)中時(shí)的質(zhì)量比無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)的稍小一點(diǎn)；而順磁質(zhì)受到的磁場(chǎng)作用力較大，作用力由磁場(chǎng)強(qiáng)度小的地方指向磁場(chǎng)強(qiáng)度大的地方。即，本實(shí)驗(yàn)中順磁質(zhì)處于不均勻磁場(chǎng)中時(shí)的質(zhì)量比無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)的質(zhì)量有明顯增大?；瘜W(xué)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(shí)具順磁化率和反磁化率，但其順磁化率（正值）遠(yuǎn)大于其反磁化率（負(fù)值）。所以，對(duì)順磁質(zhì)而言，其摩爾磁化率：χM=χμ（摩爾順磁化率）+χ0（摩爾逆磁化率）≈χμ而（在本實(shí)驗(yàn)中χμ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(chǎng)強(qiáng)度（單位為：Oe，讀作“奧斯特”），在本實(shí)驗(yàn)的計(jì)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(shí)驗(yàn)的計(jì)算中其單位取g/mol；h為樣品管中所裝樣品粉末的高度，在本實(shí)驗(yàn)的計(jì)算中其單位取cm；WH為有外加磁場(chǎng)時(shí)“樣品+試管”的質(zhì)量與“空試管”的質(zhì)量之差，單位為g；W0為無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)“樣品+試管”的質(zhì)量與“空試管”的質(zhì)量之差，單位為g。2．磁場(chǎng)強(qiáng)度H的標(biāo)定若已知某樣品的磁化率，則可通過(guò)實(shí)驗(yàn)利用下式求出對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)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）χm（m3·kg–1，或cm3·g-1），則亦可通過(guò)實(shí)驗(yàn)利用下式求出對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)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(xué)溫度T/K的函數(shù)，具體關(guān)系為：（m3·kg–1）（其中，熱力學(xué)溫度T的單位K已預(yù)先消去了）而根據(jù)SI制與CGS制的換算，有：所以，（cm3·g–1）因此，只要在一定溫度下，用莫爾鹽進(jìn)行測(cè)定，即可由下式求出磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方。表面上看，本實(shí)驗(yàn)似乎需要求出磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方用于后續(xù)計(jì)算，但實(shí)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?yàn)橛行┝靠梢韵ィㄒ?jiàn)后面的討論）。式中W的意義見(jiàn)實(shí)驗(yàn)步驟部分。3．樣品的摩爾磁化率χM的測(cè)定（式中M為樣品的摩爾質(zhì)量，單位g/mol）==（注意：順磁質(zhì)χM>0，反磁質(zhì)χM<0）可見(jiàn)，只要測(cè)出樣品管中有關(guān)樣品（兩個(gè)樣品以及莫爾鹽）的高度，樣品在有外磁場(chǎng)時(shí)的質(zhì)量、樣品在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)的質(zhì)量，即可求出樣品的摩爾磁化率，而不需計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方。4．求樣品的永久磁矩μm將上述計(jì)算所得的χM（cm3·mol–1）代入下式，可得永久磁矩的平方值。（erg2?Oe-2）5．樣品的未成對(duì)電子數(shù)n的計(jì)算式中，μB是電子的磁矩（玻爾磁子）μB=9.27×10-21erg?Oe-1。三．實(shí)驗(yàn)用品古埃磁天平，電子太平，樣品管，直尺，電吹風(fēng)。(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O(AR)，K3Fe(CN)6(AR)，K4Fe(CN)6·3H2O(A.R.)，F(xiàn)eSO4·7H2O(A.R.)四．實(shí)驗(yàn)步驟1．閱讀古埃磁天平的使用說(shuō)明，理解其使用方法，復(fù)習(xí)電子天平的操作方法。2．先將磁天平上的電流旋鈕旋至電流為零的位置，在打開(kāi)磁天平上的電源總開(kāi)關(guān)。通過(guò)電流強(qiáng)度的增減調(diào)節(jié)磁天平的電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)緩慢地增大或減小電流。增大磁場(chǎng)時(shí)，要由小到大緩慢地增大電流；關(guān)閉磁場(chǎng)時(shí)，要由大到小緩慢地減小電流。3．調(diào)節(jié)電流大小使古埃磁天平電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為300mT左右，再將空試管吊放于磁場(chǎng)的適當(dāng)位置（參見(jiàn)圖1），測(cè)定有磁場(chǎng)時(shí)空試管的質(zhì)量mH,管，再將電流調(diào)為零，稱量無(wú)磁場(chǎng)時(shí)空試管的質(zhì)量m0,管。因使用電子天平稱重，所以每次測(cè)定的讀數(shù)只需讀數(shù)一次。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。然后調(diào)節(jié)電流大小使磁天平電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)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(chǎng)時(shí)“莫爾鹽+試管”的質(zhì)量mH,管+莫；再將電流調(diào)為零，稱量無(wú)磁場(chǎng)時(shí)“莫爾鹽+試管”的質(zhì)量mH,管+莫。一個(gè)樣品用完后應(yīng)按要求倒回到原試劑瓶中（切不可倒錯(cuò)試劑瓶），或丟棄于指定的其它容器中，然后先用自來(lái)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(wú)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(fēng)吹干試管用于另一個(gè)樣品的稱量。5．重復(fù)第4步的操作，分別測(cè)定硫酸亞鐵晶體、亞鐵氰化鉀晶體和鐵氰化鉀晶體（均為粉末）在有磁場(chǎng)時(shí)“樣品+試管”的質(zhì)量mH,管+樣、無(wú)磁場(chǎng)時(shí)“樣品+試管”的質(zhì)量mH,管+樣。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7．實(shí)驗(yàn)完畢后，將電流旋鈕緩慢調(diào)到零，再關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，打掃小組實(shí)驗(yàn)臺(tái)面的衛(wèi)生，抄錄一份原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，交教師簽字后離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。五．注意事項(xiàng)1．裝樣時(shí)要一邊裝樣一邊在桌面上輕輕地震動(dòng)試管，使樣品緊密均勻地填實(shí)試管，當(dāng)樣品表面距管口約0.5cm時(shí)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。2．由于試管是被掛載于天平托盤底部所連接的一根細(xì)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(hù)電子天平，任何時(shí)候都嚴(yán)禁向下拉動(dòng)細(xì)繩。掛載試管時(shí)要一手將細(xì)繩向上提起，另一手將試管掛于掛環(huán)上，然后再將細(xì)繩連同試管一起緩慢、輕輕地放下。取下試管時(shí)，則要首先將細(xì)繩向上提起，另一手取走試管，然后緩慢地放下細(xì)繩。操作中還要盡量減少試管的擺動(dòng)，以保護(hù)天平。而且，掛載試管的細(xì)繩不應(yīng)與任何物體接觸。3．稱量過(guò)程中，試管應(yīng)與地面垂直，試管底部則要?jiǎng)偤梦挥趦煽祀姶盆F的上下位置和左右位置的正中央（參見(jiàn)圖1）。數(shù)據(jù)記錄及處理莫1、原始數(shù)據(jù)記錄樣品質(zhì)量量量量m1(H0)m1(H1)m1(H2)m2(H2)m2(H1)m2(H0)空管21.62721.62021.61921.61721.61821.626空管+(NH4)2Fe(SO4)2?6H2O31.85731.97432.01432.01531.97231.855空管+Fe(SO4)2?7H2O33.22833.40733.47333.47433.40533.226空管+K4Fe(CN)6?3H2O32.47832.47232.47132.47532.47932.487空管+K3Fe(CN)630.72830.76630.78030.77930.76630.7272、數(shù)據(jù)處理樣品質(zhì)量量量量Δm1(H1)Δm2(H1)Δm(H1）Δm1(H2)Δm2(H2)Δm(H2）空管-0.007-0.008-0.0075-0.008-0.009-0.0085空管+(NH4)2Fe(SO4)2?6H2O0.1170.1170.1170.1570.1580.1575空管+Fe(SO4)2?7H2O0.1790.1790.1790.2450.2480.2465空管+K4Fe(CN)6?3H2O-0.006-0.008-0.007-0.007-0.012-0.0085空管+K3Fe(CN)60.0380.0390.03850.0520.0520.052Δm1(H1)=m1(H1)-m1(H0)，Δm2(H1)=m2(H1)-m2(H0)Δm(H1)=1/2{Δm1(H1)-Δm2(H1)}，Δm(H2)=1/2{Δm1(H2)-Δm2(H2)}3、莫爾鹽4、Fe(SO4)2?7H2O六．?dāng)?shù)據(jù)