文档介绍：实验二十八磁化率——络合物结构的测定
1 目的要求
(1) 了解磁化率的意义及磁化率和分子结构的关系。
(2) 掌握(GOUY)古埃法测定物质的磁化率。
2 基本原理
(1) 物质的磁化率:物质的磁化率表征着物质的磁化能力。
物质置于外加磁场中,该物质内部的磁感应强度为:
(17-1)
x称为单位磁化率(单位体积),是物质一种宏观磁性质。化学上常用单位质量磁化率
或摩尔磁化率来表示物质的磁性质。它们的定义是:
(17-2)
(17-3)
式中:ρ是物质的密度,M是摩尔质量。
由于X是无量纲的量,故和的单位分别是厘米m3·kg-1 和m3·mol-1。
<0的物质称为反磁性物质。原子分子中电子自旋已配对的物质一般是反磁性物质。反磁性的产生在于内部电子的轨道运动,在外磁场作用下产生拉摩运动,感应出一个诱导磁矩。磁矩的方向与外磁场相反。
>0的物质称为顺磁性物质。顺磁性一般是具有自旋未配对电子的物质。因为电子自旋未配对的原子或分子具有分子磁矩(亦称永久磁矩)μm,由于热运动,μm指向各个方向的机会相同,所以该磁矩的统计值等于0,在外磁场作用下一方面分子磁矩会按着磁场方向排列,其磁化方向与外磁场方向相同,其磁化强度与外磁场成正比。另一方面物质内部电子的轨道运动也会产生拉摩运动,感应出诱导磁矩,其磁化方向与外磁场方向相反。所以顺磁性物质的摩尔磁化率是摩尔顺磁化率和摩尔反磁化率两部分之和。
(17-4)
但由于,故顺磁性物质>0,且近似地把当作,即:
(17-5)
除反磁性物质和顺磁性物质外,还有少数物质的磁化率特别大,且磁化程度与外磁场之间并非正比关系,称为铁磁性物质。
(2) 顺磁磁化率和分子磁矩的关系,一般服从居里定律。
(17-6)
式中:N——阿佛加德罗常数;
K——玻兹曼常数;
T——绝对温度。
由于因此
(17-7)
由(7)可得:
(17-8)
=
式中: ——摩尔磁化率;
——分子磁矩;
——玻尔磁子;
=×10-23J/T。
(Ⅱ-28-8)式将物质的宏观磁性质和其微观性质联系起来。因此只要实验测得
,代入(Ⅱ-28-8)式就可算出分子磁矩。
(3) 物质的分子磁矩和它所包含的未成对电子数的关系:物质的顺磁主要来自于和电子自旋相关的磁矩(由于化学键使其轨道“冻结”)。电子有两个自旋状态。如果原子、分子或离子中有两个自旋状态的电子数不相等,则该物质在外磁场中就呈现顺磁性。这是由于每一个轨道上成对电子自旋所产生的磁矩是相互抵消的。所以只有尚未成对电子的物质才具有分子磁矩,它在外磁场中表现为顺磁性。
物质的分子磁矩和它所包含的未成对电子数的关系可用下式表示:
(17-9)
由(Ⅱ-28-9)式得:
(17-10)
由实验测定,代入(Ⅱ288)式,求出,再代入(Ⅱ2810)式求出未成对的电子数。理论值与实验值一定有误差,这是由于轨道磁矩完全被冻结的缘故。
4) 根据未成对电子数判断络合物的配键类型: 由(Ⅱ-28-10)式算出的未成对电子数,对于研究原子或离子的电子结构,判断络合物的配键类型是很有意义的。
图17-1 Fe2+的在自由离子状态下的电子结构