华 南 师 范 大 学 实 验 报 告
课程名称 结构化学实验 实验项目 磁化率的测定
一、【目的要求】
1．掌握古埃（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】 （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。

这时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。

这些数据是宏观磁化率。

在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm ，帖磁性研究中常用到I 、σ。

物质在外磁场作用下的磁化有三种情况
1．χm ＜o ，这类物质称为逆磁性物质。

2．χm ＞o ，这类物质称为顺磁性物质。

（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。

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，另一端则在磁场为零处。

样品在磁场中受到一个作用力。

df=κHAdH
式中，A 表示圆柱玻璃管的截面积。

样品在空气中称重，必须考虑空气修正，即
dF=(κ-κ0)HAdH
κ0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是积分问题：
F=
)()(2
1d )(202000
H H A H HA H
H --=
-⎰
κκκκ (2)
因H 0＜＜H,且可忽略κ0，则
F=
22
1
AH κ (3)
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。

F=
g )m -m (空样∆
（4）
式中，样m ∆为样品管加样品在有磁场和无磁场时的质量差；空m ∆为空样品管在有磁场和无磁场时的质量差；g 为重力加速度。

则有，2
2AH
F
=
κ 而
ρκχM =
m ，h m A 样品
=ρ，h 为样品高度，A 为样品管截面积，m 样品为样品质量。

()2
2m m gh m -m 2m 2H M
M AH F
M 样品空
样样品∆∆=
==ρκχ
(5)
只要测量样品重量的变化。

磁场强度H 以及样品高度h ，即可根据式（5）计算样品的摩尔
磁化率。

其中，莫氏盐的磁化率符合公式： 4-10*1
T 1938
.1m ∧+=
χ
（6）
（3）简单络合物的磁性与未成对电子
对于第一过渡系列元素络合物，它们的磁矩实验值大多符合
B
μμ）（2n n m +=
(7)
式中，n 是分子中未成对电子数；μB 是电子磁矩的基本单位，称为波尔磁子。

μB=×10-24J/T
而磁矩μB 与摩尔顺磁磁化率Χm 之间有如下关系：
KT
N A 3m 2
m
μχ=
×4Π×10-7
(8)
式中，NA 为阿伏伽德罗常数；K 为玻兹曼常数；T 为绝对温度。

三、【仪器与试剂】
（1）仪器 磁天平一台，样品管一支，直尺一把，温度计一支。

（2）试剂 莫尔氏盐(NH 4)2SO 4·FeSO 4·6H 2O(分析纯)；硫酸亚铁FeSO 4·7H 2O(分析纯) ；亚铁氰化钾 K 4Fe(CN)6·3H 2O （分析纯）。

四、【实验步骤】
标定磁场强度方法如下。

①取一支清洁干燥的样品管悬挂在磁天平的挂钩上，称质量得m 空。

②调节磁天平电流开关，由小到大调节至指定位置1（1A ），测质量得m 空1。

③继续调大电流，至位置2（3A ），测质量得m 空2。

④继续升高电流至位置3（4A），停顿一定时间，然后调小电流从位置3回到位置2，测质量得m空2’。

⑤继续调小电流回到位置1，测质量得m空1’。

⑥关闭电流测质量得m空’。

表一：数据记录表（空管）
⑦装入已经研细的莫尔盐，装样尽量填实，样品要装至距离管口约1~2cm处，用直尺测量装样高度，将样品管放入磁天平，按照空管的测量方法测量样品管的重量。

表二：样品：莫氏盐装样高度：
⑧倒出样品管中的莫尔盐，将样品管洗净吹干，装入研细的硫酸亚铁，装样高度和莫尔盐尽量相同，用同样的方法测量硫酸亚铁的数据。

⑨倒出样品管中的硫酸亚铁，将样品管洗净吹干，装入研细的亚铁氰化钾，装样高度和莫尔盐尽量相同，用同样的方法测量亚铁氰化钾的数据。

表四：样品：亚铁氰化钾装样高度：
五、【实验注意事项】
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，勿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。

六、【数据处理】
1．计算校准样品的磁化率。

根据式（6）计算实验温度下莫氏盐的磁化率。

查找资料得：莫氏盐M=mol
根据公式算得
莫氏盐的质量磁化率为：
换算成摩尔磁化率为：
理论参考值：
误差：
再代入式（5）中算得：1A：
3A：
2. 计算待测样品的摩尔磁化率Xm 由式（5）计算各样品的磁化率，取平均值。

查找资料得：硫酸亚铁铵M=mol
亚铁氰化钾M=mol
3．根据Xm计算样品的未成对电子由式（8）计算磁矩，再由式（7）计算样品分子中金属离子的未成对电子。

七、【实验思考与讨论】
【思考题】
1．在不同磁场强度下，测得的样品的摩尔磁化率是否相同为什么
2．分析影响测定χM值的各种因素。

3．为什么实验测得各样品的μm值比理论计算值稍大些(提示:公式（6）是仅考虑顺磁化率由电子自旋运动贡献的，实际上轨道运动对某些中心离子也有少量贡献。

例如Fe离子就是一例，从而使实验测得的μm值偏大，由(1-4)式计算得到的n值也比实际的不成对电子数稍大)。