【实验目的】【实验提要】由于X是无量纲的量，故Xm和XM的单位分别是m3·kg-1和m3·mol-1。XM＜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。XM＞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XM是摩尔顺磁化率Xμ和摩尔反磁化率Xo两部分之和。由(3-7)可得：(3-8)式将物质的宏观磁性质XM和其微观性质μm联系起来。因此只要实验测得XM，代入(3-8)式就可算出分子磁矩μm。(3)物质的分子磁矩μm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μm和它所包含的未成对电子数的关系可用下式表示：(3-9)由(3-9)式得：(3-10)由实验测定XM，代入(3-8)式，求出μm，再代入(3-10)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(3-10)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。3d4s4p图3-1Fe2+的在自由离子状态下的电子结构络合物的价键理论认为：络合物可分为电价络合物和共价络合物。电价络合物是指中央离子与配位体之间靠静电库仑力结合起来，这种化学键称为电价配键。这时中央离子的电子结构不受配位体影响，基本上保持自由离子的电子结构。共价络合物则是以中央离子的空的价电子轨道接受配位体的孤对电子以形成共价电子重排，以腾出更多空的价电子轨道，并进行“杂化”，来容纳配位体的电子对。例如，Fe2+在自由离子状态下的电子结构如图3-2所示。当它与6个水配位体形成络离［Fe(H2O)6］2+时，中央离子Fe2+仍能保持着上述自由离子状态下的电子结构，故此络合物是电价络合物，当Fe2+与6个CN-配位体形成络离子［Fe(CN)6］4-铁的电子重排，6个电子集中三个轨道上，空出的2个轨道和空的和轨道，进行杂化变成d2sp3杂化轨道(图3-2)，以此来容纳6个CN-中的C原子上的6对孤对电子，形成6个共价配键，电子自旋全部配对，是反磁性物质。(5)古埃(GOUG)法测定磁化率XM：本实验采用古埃磁天平法测定物质的XM这样，圆形样品管就处在一个不均匀磁场中，则磁场对样品作用力为：由天平称得装有被测样品的样品管和不装样品的空样品管，在加与不加磁场时的重量变化，求出：由于：则有：=不装有样品的空样品管加磁场时的重量减去其不加磁场时的重量；——重力加速度；——为样品摩尔质量；——样品实际高度(cm)；——样品在无磁场时的实际质量。为常数，且当电磁铁励磁电流一定时，则磁场强度一定，即=常数时，=常数，则α=常数。用已知磁化率的标准样品，测定出、、和，通过(3-13)式可求出该励磁电流下的α。【仪器与试剂】【实验内容与步骤】(2)用硫酸亚铁铵标定α值：取下空样品管，将研细的(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O装入样品管(通过1漏斗)。装填时，不断将样品管底部敲击桌面，使粉末样品均匀填实。样品装至9cm～13cm(12-15cm)左右，用直尺准确测量样品高度h(精确至mm)。将管挂在磁天平挂钩上，用上法(即实验步骤(1)，加磁场时电流仍准确3A)。准确称量加磁场前后的重量，最后记录测定时的温度。测定完毕，将样品管中的(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O倒入回收瓶中。样品管洗净、干燥备用。(3)测定FeSO4·7H2O的磁化率Xm：在同一样品管中，装入FeSO4·7H2O，重复上述(2)的实验步骤。(4)测定K4Fe(CN)6·3H2O的磁化率Xm：在同一样品管中，装入K4Fe(CN)6·3H2O重复上述(2)的实验步骤。【数据处理】【思考题】【附录】二：磁天平操作步骤说明1.将特斯拉计的探头置于电磁铁的中心架中，调节特斯拉计的调零电位