化学实验教学中心
实验报告
化学测量与计算实验Ⅱ
实验名称：磁化率测定
学生姓名：学号：
院（系）：年级：级班
指导教师：研究生助教：
实验日期： 2017.05.18 交报告日期： 2017.05.25
一、实验目的
1.测定物质的摩尔磁化率，估计待测金属配合物中心离子的未成对电子数，并判断分子配键的类型；
2.掌握磁天平测定磁化率的原理和方法。
二、实验原理
1. 摩尔磁化率和分子磁矩
在外磁场作用下，由于电子等带电粒子的运动，物质会被磁化而感应出一个附加磁场，这个附加磁场 H′的强度由物质的磁化率 χ 决定： H′=4πχH0①化学上常用摩尔磁化率 χm表示磁化程度，它与 χ 的关系为 χm=χM
ρ
②
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。
对于顺磁性物质而言，摩尔顺磁化率与分子磁矩 μm关系可由居里-郎之万公式表示：
χm=χ
顺=Lμ0μm2
3kT
③
式中，L 为阿伏伽德罗常数，即6.02×1023 mol−1；k 为玻尔兹曼常数，k=1.3806×10−23J/K ；μ0为真空磁导率，μ0=4π×10−7N/A2；T 为热力学温度。
上式可作为由实验测定磁化率来研究物质内部结构的依据。
分子磁矩 μm由分子内未配对电子数 n 决定，其关系为：μm=μB√n(n+2)④
式中，μB为波尔磁子，是磁矩的自然单位。
μB=9.274×10−24J/T （T为
磁感应强度的单位，即特斯拉）。
求得 n 值后，可以进一步判断有关配合
物分子的配键类型。
2. 摩尔磁化率的测定
本实验用古埃磁天平测定物质的摩尔磁化率 χm，测定原理如右图所
示。
一个截面为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。
摩尔磁化率测定原理图样品管内样品受到的力为：F=1
2
A(χ−χ0)μ0H2⑤
式中，χ0为空气的体积磁化率，将 χ 代以χm，并考虑到ρ=m
ℎM
，而χ0值很小，相应的项可以忽略，
可得 F=1
2mχmμ0H2
ℎM
⑥
在磁天平中利用精度为0.1mg的电子天平间接测量 F。
设Δm0为空样管在有磁场和无磁场时的称量值的变化，Δm为装样品后在有磁场和无磁场时的称量值的变化，则
F=(Δm−Δm0)g（g 为重力加速度，取g=9.8 m•s−2）⑦
对比⑥⑦两式可知χm=2(Δm−Δm0)gℎM
μ0mH2
⑧
磁场强度H可由高斯计测量。
应该注意，高斯计测量的实际上是磁感应强度B，单位为T（特斯
六、实验误差来源与注意事项
1．天平称量时，必须关上磁极架外面的玻璃门，以免空气流动对称量的影响。
2．励磁电流的变化应平稳、缓慢，调节电流时不宜用力过大。
加上或去掉磁场时，不要改变永磁体在磁极架上的高低位置及磁极间矩，使样品管处于两磁极的中心位置，磁场强度前后一致。
3．装在样品管内的样品要均匀紧密、上下一致、端面平整、高度测量准确。
4. 样品管一定要干净。
装在样品管内的样品要均匀紧密、上下一致、端面平整、高度测量准确。
样品管的底部要位于磁极极缝的中心,与两磁极两端距离相等。
5. 由于实验实际操作时仪器受环境影响较大，故称量时应尽量不要有大动作的走动，或太多人围观、说话等，应该尽量保持整个称量过程是在没有太多干扰磁场的因素的环境下进行。
6. 读数时最好自始至终由同一个人来读数，以减少由于各人读数时因时间间隔不同所造成的误差。
七、实验思考与讨论
1.简述用磁天平法测定磁化率的基本原理。
答：本实验用古埃磁天平测定物质的摩尔磁化率 χm，测定原理如右图所
示。
一个截面为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。
样品管内样品受到的力为：F=1
2
A(χ−χ0)μ0H2
式中，χ0为空气的体积磁化率，将 χ 代以χm，并考虑到ρ=m
ℎM
，而χ0值很小，相应的项可以忽
略，可得 F=1
2mχmμ0H2
ℎM
在磁天平中利用精度为0.1mg的电子天平间接
测量 F。
设Δm0为空样管在有磁场和无磁场时的称量值的变化，Δm为装样品后在有磁场和无磁场时的称量值的变化，则
F=(Δm−Δm0)g（g 为重力加速度，取g=9.8 m•s−2）
对比以上两式可知χm=2(Δm−Δm0)gℎM
μ0mH2
磁场强度H可由高斯计测量。
应该注意，高斯计测量的实际上是磁感应强度B，单位为T（特斯拉），1T=104高斯。
磁场强度H可由关系式B=µ0H计算得到，H的单位为A/m。
磁场强度也可用已知磁化率的莫尔盐标定。
莫尔盐的摩尔磁化率与热力学温度 T 的关系为
χm B=9500
T+1×4π×M×10−9(m3mol
⁄)（M为莫尔盐的摩尔质量）
2. 本实验中为什么样品装填高度要求在15 cm左右？
答：要求样品装填高度在15cm左右是要确保管顶端位于场强最弱的区域（即场强为0），如果不够高就达不到场强最弱的区域，实验结果将不准确，会有很大误差。
3. 在不同的励磁电流下测定的样品的摩尔磁化率是否相同？为什么实验结果若有不同应如何解释？
答：从理论分析在不同的励磁电流下测定的样品的摩尔磁化率应相同，因为这是由物质本身的性质。