中科大物化实验报告11--磁化率与络合物结构的测定

磁化率与络合物结构的测定

PB11204037王庆

（中国科学技术大学材料科学与工程系，合肥，230026）

摘要：本实验利用古埃法测定络合物的磁化率，并由此求出未成对电子数，从而判断络合物中央离子的电子结构和成键类型。本实验利用莫尔盐来标定古埃天平，然后测定 FeSO4·7H2O 和 K4Fe(CN)6·3H2O 的摩尔磁化率，从而推算出它们的配键类型。

关键词：古埃法、磁化率、络合物、配键类型 一. 引言

磁介质发生磁化时πX，式中为磁场的场强，X为物质的体积磁化率，化学中常用克磁化率Xm= X / ρ和摩尔磁化率XM = M X / ρ，式中ρ为磁介质的密度，M为克分子量。由于X是无量纲的量，故Xm和XM的量纲为厘米3/克和厘米3/摩尔。如 和同向则为顺磁物质， 和反向为逆磁质。 和不成正比，随并不消失，呈现滞后的现象，则为铁磁质。

由于分子体系内有电子环形运动，所以它具有磁矩。多电子原子的磁矩μ和总角动量量子数J，总轨道

e2n2

角动量量子数L，总自旋角动量量子数S间有以下关系：μ P = J (J + 1) β g以及μ D = (i)H ，

6C2mi1

而μ = μ P +μ D。其中m为电子质量，C为光速，β = g = 1+

he

= 9.27×1021尔格/高斯，g为朗德因子： 4πmc

J(J1)S(S1)L(L1)

。i2为原子中电子i的位置矢量平方的平均值。

2J(J1)

当S = 0时，J = L，g = 1可得轨道磁矩μ PO = L(L1)；当L = 0时，J = S，g = 2可得自旋磁矩 μ PS = 2S(S1)，由于S = n /2，n为未成对电子数，则：μ PS = n(n2)。

由于热运动，原子或分子的磁矩μ P指向各个方向的几率相等，所以由大量原子分子所组成的体系的平均磁矩为零。但在外磁场中，原子分子的磁矩会顺着磁场方向取向。（即有较多的原子分子的μ P顺着H的方向排列）而热运动会扰乱这种取向。当达到热力学平衡时，由大量原子分子组成的体系具有不为零的平均磁矩。显然平均磁矩随外磁场的增大而增大，随温度的升高而减小。由坡尔兹曼分布定律计算平均磁矩

J(J1)g22Hp，式中K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度。

3KT3KT

摩尔磁化率（单位磁场强度下一摩尔物质的平均磁矩）XPM中NO为阿佛加德罗常数；C为居里常数，关系式：XPM度范围内，要用以下的居里——外斯定律来描写：XPM

2pH

NOp

H



NOJ(J1)g22

3KT



C

，式T

C

也称为居里定律。后来实验证明在更大的温T

2

NC，式中Δ为外斯常数。 3K(TΔ)(TΔ)

XDM

NOe2n2NOD

2i，总的摩尔磁化率为摩尔顺磁化率和摩尔逆磁化率之和：

H6mCi1

NO2

P3KT

NOe26mC

XMXPMXDMi

i1

n

2

在多原子分子中，电子轨道运动和分子的核构型联系很紧密，以致分子的轨道运动不能顺着磁场方向取向，所以轨道磁矩对XPM的贡献很小。分子的顺磁性全部或几乎全部都是由电子的自旋运动提供，这时有μ P = μ PS = n(n2) ，则XPM = XM －XDM ，通常有∣XPM∣＞＞∣XDM∣，常把XDM从XM中略去，有XM≈XPM，则有n(n2)

3KT

式中No = 6.023×1023，K = 1.386×1016尔格/度，β = 9.274×1021XM。NO

尔格/高斯。这样，只要测出了XM，就可求出分子中未成对电子数了。

络合物中的中央离子的电子结构强烈地受配位体电场的影响。当没有配位体存在时，中央离子的5个d轨道具有相同的能量。在正八面体配位体场的作用下，中央离子的d轨道的能级分裂成两个小组，能量较高的一组记为eg，它由dz2和dx2y2组成。能量较低的一组记为t2g，它由dxy、dyz、dxz组成。eg和t2g之间的能量差记为Δ称为分离能。

－－

配位体电场越强（如CN配位体）则分离能越大，配位体电场越弱（如H2O、F配位体）则分离能Δ越小。如中央离子是d6时，前三个d电子会排在能量较低的t2g上，但第四个电子是排在t2g上与前三个电子中的一个配对，还是排在eg上，这主要决定分离能和配对能P的相对大小。电子配对能P是一个电子与

－

另一个电子配对需克服的能量。如配位体为强场配位体（如CN配位体），则第四个电子宁愿克服电子成对

－

能在t2g上，如配位体为弱场配位体（如H2O、F配位体），则第四个电子宁愿克服电子成对能Δ排在eg上。强场络合物因未配对电子少属于低自旋络合物（共价配键），弱场络合物因未配对电子多属于高自旋络合物（电价配键）。

测定磁化率的方法很多，本实验采用古埃天平测定物质的XM。本实验的装置图右下图所示。 将圆柱形样品物质悬挂在天平的一个臂上，使样品的底部处于电磁铁的中心，即磁场强度最强处。样品应足够长，使其上端顶部的磁场为零。这样圆柱形样品就处在一不均匀的磁场中，沿样品轴心方向Z，存在一磁 场强度梯度

HHO

dz。 ，则作用于样品的力：f = H(XX空)AH

zz

式中：A为样品截面积；X空为空气的磁化率，H为磁场强度。如忽略空气的磁化率，则：f =

XAH

O

H

H1

dzXH2A。 z2

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重量变化ΔW求出：

即f1 = ΔW空管·g 和f2 = ΔW样品＋空管·g 。式中ΔW空管 = W空管＋磁场－W空管，ΔW样品＋空管 = W样品＋空管＋磁场－W样品＋空管。 式中W空管为不加磁场时空样品管的质量，W样品＋空管为装有样品的样品管不加磁场时的质量。显然，不均匀磁场作用样品的力f = f2－f1，于是有：

1

XH2A = (ΔW样品＋空管－W空管 )g ，整理后得： 2

X =

2(W样品＋空管W空管)g

H2A2(W样品＋空管W空管)ghMWMX

。又由于XM = ，ρ = ，则有：XM =。

ρhAWH2

式中h为样品高度，W为样品重量，M为样品克分子量。在天平上测出W，ΔW，H，用直尺测出h，查出M，g取981则可算出XM；再由式：n(n2)

3KT

XM即可推算出样品物质中未成对电子数n。 2

NO

磁场强度可用CT5型高斯计测出，或用已知克磁化率的莫尔氏盐进行间接标定。Xm 二.实验

9500

106 T1

2．实验步骤：

（1）磁天平预热，CT5高斯计校准以及各使用档调零。

（2）将电流调至0A，取一支清洁、干燥的空样品管悬挂在古埃磁天平的挂钩上，使样品管底部正好与磁极中心线齐平。准确称得空样品管重量；然后将励磁电流由小至大调节至1A，迅速且准确地称取此时空样品管的重量；继续由小至大分别调节励磁电流至2A、3A、4A再称重量；继续将励磁电流升至5A，接着又将励磁电流缓降至4A，再称空样品管重量；又将励电流由大至小分别降至3A、2A、1A，分别再称重量；将励磁电流降至零，又称取一次样品管重量。

（3）取下样品管，将事先研细的莫尔氏盐通过小漏斗装入样品管，在装填时须不断将样品管底部敲击皮垫，务使粉末样品均匀填实，直至装满约15厘米高。用直尺准确量取样品高度h。同上法，将装有莫尔氏盐的样品管置于古埃天平的挂钩上，在0A、1A、2A、3A、4A、（5A）、4A、3A、2A、1A、0A电流下进行称量。测量两次，取两次数据的平均值。测定完毕，将样品管中的莫尔氏盐倒入回收瓶中，然后洗净、干燥备用。

（4）用上述方法测定FeSO4·7H2O和K4Fe(CN)6·3H2O的摩尔磁化率。

三.结果与讨论 1．实验结果：

FeSO4·7H2O的未成对电子数为 4，K4Fe(CN)6·3H2O的未成对电子数为0。

2．结果分析：

FeSO4·7H2O中心原子Fe2+由周围的6个H2O分子配位形成正八面体空间结构，K4Fe(CN)6·3H2O中心原子

—

Fe2+由周围的6个CN 配位形成正八面体空间结构。

FeSO4·7H2O的配位数为 4，其 d6中央离子在正八面体配位场中的电子结构为：

eg

dz

dx

y

t2g

为(t2g)4(e*g)2型，属于弱场高自旋的电价型配键。

K4Fe(CN)6·3H2O的配位数为0，其 d6中央离子在正八面体配位场中的电子结构为：

eg

dz2 dx2y2

t2g

为(t2g)6(e*g)0型，属于强场低自旋的共价型配键。

分析本实验中误差的主要来源如下：

（1）理论推导中做了多次近似处理，比如 XM≈XPM，这样我们计算得的n就会产生系统偏差。

（2）显然管中的样品不可能达到理想的均匀分布，底部的样品一般会比较结实，但是越往上，越难压实。而理论假设要求样品整体密度均匀，这样就产生了误差。

（3）高斯计箱子的玻璃门密封性不好，会有一定的空气流通，会导致古埃磁天平示数不稳定。还有仪器本身的旋钮就松动，加上天平稳定性差，导致精确调节电流不是很容易。

（4）每次悬挂样品管时，不能严格保证样品底部与磁铁中心最强磁场强度处齐平。 （5）在测量样品高度时，样品的顶端不能保证完全水平，因而测得的h 会有误差。

3．实验总结：

本实验的操作步骤比较简单，但是大量数据的记录很繁杂，而且一旦记录错误就不能重新将电流回调重测数据，不知道能否将天平的读数和计算机连接，让计算机软件自动调节电流变化，自动记录数据。

另外，2号和3号仪器的旋钮比较松动，难以调节电流大小，请求实验室老师对其进行维修。 此实验从宏观的测量推得微观的结果，具有很大的启发意义。 最后感谢助教的悉心指导！

参考文献：

[1] 崔献英等. 《物理化学实验》.合肥：中国科学技术大学出版社

[2] 傅献彩,沈文霞,姚天扬,侯文华.《物理化学》上册.第五版,北京:高等教育出版社，2005 [3] G.，赫兹著，汤拒非译，“原子光谱与原子结构”科学出版社（1959）

[4] M. B伏肯斯坦，分子的结构及其物理性质（中译本）302－302页，科学出版社（1960） [5] P.W, Selwod, Magneto Chemistry, 2nd End, Interscience Publisher Inc, New York, P140（1966）

[6] J. Rose, Advanced Physico-Chemical Experiments, Sir Is aac Pitman and Sons Ltd, London, P355（1964）

Measurement of the Structure of Complexes via Susceptibility

PB11204037 Qing Wang

( DMSE, University of Science and Technology of China, Hefei 230026 ,China )

Abstract: In this experiment, we use GOUY method to measure the susceptibility of complexes, and calculate the number

of unpaired electrons in them, so we can determine the electronic structure and bonding type. Actually, we get the magnetic intensity at different current intensity via (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O, then we determined the susceptibility of FeSO4·7H2O

and K4Fe(CN)6·3H2O, so the bonding type is clear.

Keywords: GOUY method, susceptibility, complexes, bonding type

附件：

1.原始数据：

2．数据处理：

（1）由莫尔氏盐的克磁化率和实验数据计算1A、2A、3A、4A电流下的磁场强度： 根据公式XM =

2(W样品＋空管W空管)ghM

WH2

和Xm

9500

106，其中M为相对分子质量，并XM=M·Xm，T1

ΔW空管 = W空管＋磁场－W空管，ΔW样品＋空管 = W样品＋空管＋磁场－W样品＋空管。 故有：

2[(W样品＋空管磁场W样品空管)-（W空管磁场W空管）]gh

WH2



9500

106

T1

电流为1A时有：

W样品＋空管＋磁场－W样品＋空管 =（21.2206—21.2186）g= 0.0020g W空管＋磁场－W空管 =（14.3660-14.3660）g=0g g=981cm/s2 h=15.50 cm

W=（21.2186—14.3660）g=6.8526 g T=（273.15+19.44）K=292.59 K 则有：

2(0.00200)98115.509500-6

102

292.5916.8526H

得H=523.73 Gs

（2）FeSO4·7H2O的XM未成对电子数n的计算： 根据公式XM =

2(W样品＋空管W空管)ghM

WH

2

计算XM，电流为1A时有：

ΔW样品＋空管 = W样品＋空管＋磁场－W样品＋空管 =（23.8495—23.8464）g=0.0031g ΔW空管 = W空管＋磁场－W空管 =（16.5491—16.5492）g=-0.0001g g=981cm/s2 h=15.20 cm

M=278.02 g/mol

W=（23.8464—16.5492）g=7.2972 g H=523.73 Gs 则XM =

2(0.00310.0001)98115.20278.0233

= 0.01326 cm/mol cm/mol2

7.2972523.73

同理可以求得2A、3A、4A

电流下的X从上表中可以看出，电流为1A时的数据较其他数据偏差较大，我们只取后三组的数据求XM的平均值，则 XM=（0.01152+0.01147+0.1147）/3=0.01149 cm3/mol

再根据公式n(n2)

3KT

XM，式中No = 6.023×1023，K = 1.386×1016尔格/度，T=292.59 K，β = 9.274NO

×1021尔格/高斯，则n（n+2）=27.00，得n=4.29，故n取4。

（3）K4Fe(CN)6·3H2O的XM未成对电子数n的计算： 根据公式XM =

2(W样品＋空管W空管)ghM

WH

2

计算XM，电流为1A时有：

ΔW样品＋空管 = W样品＋空管＋磁场－W样品＋空管 =（20.5815—20.5816）g=-0.0001g ΔW空管 = W空管＋磁场－W空管 =（14.2223—14.2224）g=-0.0001g g=981cm/s2 h=15.60 cm

M=422.39 g/mol

W=（20.5816—14.2224）g=6.3592g H=523.73 Gs 则XM =

2(-0.00010.0001)98115.60422.393

cm/mol= 0 cm3/mol

2

6.3592523.73

MXM= -0.0002 cm3/mol 再根据公式n(n2)

3KT

XM，式中No = 6.023×1023，K = 1.386×1016尔格/度，T=292.59 K，β = 9.2742

NO

×1021尔格/高斯，则n（n+2）=-0.4699，得n=0。

磁化率与络合物结构的测定

PB11204037王庆

（中国科学技术大学材料科学与工程系，合肥，230026）

摘要：本实验利用古埃法测定络合物的磁化率，并由此求出未成对电子数，从而判断络合物中央离子的电子结构和成键类型。本实验利用莫尔盐来标定古埃天平，然后测定 FeSO4·7H2O 和 K4Fe(CN)6·3H2O 的摩尔磁化率，从而推算出它们的配键类型。

关键词：古埃法、磁化率、络合物、配键类型 一. 引言

磁介质发生磁化时πX，式中为磁场的场强，X为物质的体积磁化率，化学中常用克磁化率Xm= X / ρ和摩尔磁化率XM = M X / ρ，式中ρ为磁介质的密度，M为克分子量。由于X是无量纲的量，故Xm和XM的量纲为厘米3/克和厘米3/摩尔。如 和同向则为顺磁物质， 和反向为逆磁质。 和不成正比，随并不消失，呈现滞后的现象，则为铁磁质。

由于分子体系内有电子环形运动，所以它具有磁矩。多电子原子的磁矩μ和总角动量量子数J，总轨道

e2n2

角动量量子数L，总自旋角动量量子数S间有以下关系：μ P = J (J + 1) β g以及μ D = (i)H ，

6C2mi1

而μ = μ P +μ D。其中m为电子质量，C为光速，β = g = 1+

he

= 9.27×1021尔格/高斯，g为朗德因子： 4πmc

J(J1)S(S1)L(L1)

。i2为原子中电子i的位置矢量平方的平均值。

2J(J1)

当S = 0时，J = L，g = 1可得轨道磁矩μ PO = L(L1)；当L = 0时，J = S，g = 2可得自旋磁矩 μ PS = 2S(S1)，由于S = n /2，n为未成对电子数，则：μ PS = n(n2)。

由于热运动，原子或分子的磁矩μ P指向各个方向的几率相等，所以由大量原子分子所组成的体系的平均磁矩为零。但在外磁场中，原子分子的磁矩会顺着磁场方向取向。（即有较多的原子分子的μ P顺着H的方向排列）而热运动会扰乱这种取向。当达到热力学平衡时，由大量原子分子组成的体系具有不为零的平均磁矩。显然平均磁矩随外磁场的增大而增大，随温度的升高而减小。由坡尔兹曼分布定律计算平均磁矩

J(J1)g22Hp，式中K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度。

3KT3KT

摩尔磁化率（单位磁场强度下一摩尔物质的平均磁矩）XPM中NO为阿佛加德罗常数；C为居里常数，关系式：XPM度范围内，要用以下的居里——外斯定律来描写：XPM

2pH

NOp

H



NOJ(J1)g22

3KT



C

，式T

C

也称为居里定律。后来实验证明在更大的温T

2

NC，式中Δ为外斯常数。 3K(TΔ)(TΔ)

XDM

NOe2n2NOD

2i，总的摩尔磁化率为摩尔顺磁化率和摩尔逆磁化率之和：

H6mCi1

NO2

P3KT

NOe26mC

XMXPMXDMi

i1

n

2

在多原子分子中，电子轨道运动和分子的核构型联系很紧密，以致分子的轨道运动不能顺着磁场方向取向，所以轨道磁矩对XPM的贡献很小。分子的顺磁性全部或几乎全部都是由电子的自旋运动提供，这时有μ P = μ PS = n(n2) ，则XPM = XM －XDM ，通常有∣XPM∣＞＞∣XDM∣，常把XDM从XM中略去，有XM≈XPM，则有n(n2)

3KT

式中No = 6.023×1023，K = 1.386×1016尔格/度，β = 9.274×1021XM。NO

尔格/高斯。这样，只要测出了XM，就可求出分子中未成对电子数了。

络合物中的中央离子的电子结构强烈地受配位体电场的影响。当没有配位体存在时，中央离子的5个d轨道具有相同的能量。在正八面体配位体场的作用下，中央离子的d轨道的能级分裂成两个小组，能量较高的一组记为eg，它由dz2和dx2y2组成。能量较低的一组记为t2g，它由dxy、dyz、dxz组成。eg和t2g之间的能量差记为Δ称为分离能。

－－

配位体电场越强（如CN配位体）则分离能越大，配位体电场越弱（如H2O、F配位体）则分离能Δ越小。如中央离子是d6时，前三个d电子会排在能量较低的t2g上，但第四个电子是排在t2g上与前三个电子中的一个配对，还是排在eg上，这主要决定分离能和配对能P的相对大小。电子配对能P是一个电子与

－

另一个电子配对需克服的能量。如配位体为强场配位体（如CN配位体），则第四个电子宁愿克服电子成对

－

能在t2g上，如配位体为弱场配位体（如H2O、F配位体），则第四个电子宁愿克服电子成对能Δ排在eg上。强场络合物因未配对电子少属于低自旋络合物（共价配键），弱场络合物因未配对电子多属于高自旋络合物（电价配键）。

测定磁化率的方法很多，本实验采用古埃天平测定物质的XM。本实验的装置图右下图所示。 将圆柱形样品物质悬挂在天平的一个臂上，使样品的底部处于电磁铁的中心，即磁场强度最强处。样品应足够长，使其上端顶部的磁场为零。这样圆柱形样品就处在一不均匀的磁场中，沿样品轴心方向Z，存在一磁 场强度梯度

HHO

dz。 ，则作用于样品的力：f = H(XX空)AH

zz

式中：A为样品截面积；X空为空气的磁化率，H为磁场强度。如忽略空气的磁化率，则：f =

XAH

O

H

H1

dzXH2A。 z2

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重量变化ΔW求出：

即f1 = ΔW空管·g 和f2 = ΔW样品＋空管·g 。式中ΔW空管 = W空管＋磁场－W空管，ΔW样品＋空管 = W样品＋空管＋磁场－W样品＋空管。 式中W空管为不加磁场时空样品管的质量，W样品＋空管为装有样品的样品管不加磁场时的质量。显然，不均匀磁场作用样品的力f = f2－f1，于是有：

1

XH2A = (ΔW样品＋空管－W空管 )g ，整理后得： 2

X =

2(W样品＋空管W空管)g

H2A2(W样品＋空管W空管)ghMWMX

。又由于XM = ，ρ = ，则有：XM =。

ρhAWH2

式中h为样品高度，W为样品重量，M为样品克分子量。在天平上测出W，ΔW，H，用直尺测出h，查出M，g取981则可算出XM；再由式：n(n2)

3KT

XM即可推算出样品物质中未成对电子数n。 2

NO

磁场强度可用CT5型高斯计测出，或用已知克磁化率的莫尔氏盐进行间接标定。Xm 二.实验

9500

106 T1

2．实验步骤：

（1）磁天平预热，CT5高斯计校准以及各使用档调零。

（2）将电流调至0A，取一支清洁、干燥的空样品管悬挂在古埃磁天平的挂钩上，使样品管底部正好与磁极中心线齐平。准确称得空样品管重量；然后将励磁电流由小至大调节至1A，迅速且准确地称取此时空样品管的重量；继续由小至大分别调节励磁电流至2A、3A、4A再称重量；继续将励磁电流升至5A，接着又将励磁电流缓降至4A，再称空样品管重量；又将励电流由大至小分别降至3A、2A、1A，分别再称重量；将励磁电流降至零，又称取一次样品管重量。

（3）取下样品管，将事先研细的莫尔氏盐通过小漏斗装入样品管，在装填时须不断将样品管底部敲击皮垫，务使粉末样品均匀填实，直至装满约15厘米高。用直尺准确量取样品高度h。同上法，将装有莫尔氏盐的样品管置于古埃天平的挂钩上，在0A、1A、2A、3A、4A、（5A）、4A、3A、2A、1A、0A电流下进行称量。测量两次，取两次数据的平均值。测定完毕，将样品管中的莫尔氏盐倒入回收瓶中，然后洗净、干燥备用。

（4）用上述方法测定FeSO4·7H2O和K4Fe(CN)6·3H2O的摩尔磁化率。

三.结果与讨论 1．实验结果：

FeSO4·7H2O的未成对电子数为 4，K4Fe(CN)6·3H2O的未成对电子数为0。

2．结果分析：

FeSO4·7H2O中心原子Fe2+由周围的6个H2O分子配位形成正八面体空间结构，K4Fe(CN)6·3H2O中心原子

—

Fe2+由周围的6个CN 配位形成正八面体空间结构。

FeSO4·7H2O的配位数为 4，其 d6中央离子在正八面体配位场中的电子结构为：

eg

dz

dx

y

t2g

为(t2g)4(e*g)2型，属于弱场高自旋的电价型配键。

K4Fe(CN)6·3H2O的配位数为0，其 d6中央离子在正八面体配位场中的电子结构为：

eg

dz2 dx2y2

t2g

为(t2g)6(e*g)0型，属于强场低自旋的共价型配键。

分析本实验中误差的主要来源如下：

（1）理论推导中做了多次近似处理，比如 XM≈XPM，这样我们计算得的n就会产生系统偏差。

（2）显然管中的样品不可能达到理想的均匀分布，底部的样品一般会比较结实，但是越往上，越难压实。而理论假设要求样品整体密度均匀，这样就产生了误差。

（3）高斯计箱子的玻璃门密封性不好，会有一定的空气流通，会导致古埃磁天平示数不稳定。还有仪器本身的旋钮就松动，加上天平稳定性差，导致精确调节电流不是很容易。

（4）每次悬挂样品管时，不能严格保证样品底部与磁铁中心最强磁场强度处齐平。 （5）在测量样品高度时，样品的顶端不能保证完全水平，因而测得的h 会有误差。

3．实验总结：

本实验的操作步骤比较简单，但是大量数据的记录很繁杂，而且一旦记录错误就不能重新将电流回调重测数据，不知道能否将天平的读数和计算机连接，让计算机软件自动调节电流变化，自动记录数据。

另外，2号和3号仪器的旋钮比较松动，难以调节电流大小，请求实验室老师对其进行维修。 此实验从宏观的测量推得微观的结果，具有很大的启发意义。 最后感谢助教的悉心指导！

参考文献：

[1] 崔献英等. 《物理化学实验》.合肥：中国科学技术大学出版社

[2] 傅献彩,沈文霞,姚天扬,侯文华.《物理化学》上册.第五版,北京:高等教育出版社，2005 [3] G.，赫兹著，汤拒非译，“原子光谱与原子结构”科学出版社（1959）

[4] M. B伏肯斯坦，分子的结构及其物理性质（中译本）302－302页，科学出版社（1960） [5] P.W, Selwod, Magneto Chemistry, 2nd End, Interscience Publisher Inc, New York, P140（1966）

[6] J. Rose, Advanced Physico-Chemical Experiments, Sir Is aac Pitman and Sons Ltd, London, P355（1964）

Measurement of the Structure of Complexes via Susceptibility

PB11204037 Qing Wang

( DMSE, University of Science and Technology of China, Hefei 230026 ,China )

Abstract: In this experiment, we use GOUY method to measure the susceptibility of complexes, and calculate the number

of unpaired electrons in them, so we can determine the electronic structure and bonding type. Actually, we get the magnetic intensity at different current intensity via (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O, then we determined the susceptibility of FeSO4·7H2O

and K4Fe(CN)6·3H2O, so the bonding type is clear.

Keywords: GOUY method, susceptibility, complexes, bonding type

附件：

1.原始数据：

2．数据处理：

（1）由莫尔氏盐的克磁化率和实验数据计算1A、2A、3A、4A电流下的磁场强度： 根据公式XM =

2(W样品＋空管W空管)ghM

WH2

和Xm

9500

106，其中M为相对分子质量，并XM=M·Xm，T1

ΔW空管 = W空管＋磁场－W空管，ΔW样品＋空管 = W样品＋空管＋磁场－W样品＋空管。 故有：

2[(W样品＋空管磁场W样品空管)-（W空管磁场W空管）]gh

WH2



9500

106

T1

电流为1A时有：

W样品＋空管＋磁场－W样品＋空管 =（21.2206—21.2186）g= 0.0020g W空管＋磁场－W空管 =（14.3660-14.3660）g=0g g=981cm/s2 h=15.50 cm

W=（21.2186—14.3660）g=6.8526 g T=（273.15+19.44）K=292.59 K 则有：

2(0.00200)98115.509500-6

102

292.5916.8526H

得H=523.73 Gs

（2）FeSO4·7H2O的XM未成对电子数n的计算： 根据公式XM =

2(W样品＋空管W空管)ghM

WH

2

计算XM，电流为1A时有：

ΔW样品＋空管 = W样品＋空管＋磁场－W样品＋空管 =（23.8495—23.8464）g=0.0031g ΔW空管 = W空管＋磁场－W空管 =（16.5491—16.5492）g=-0.0001g g=981cm/s2 h=15.20 cm

M=278.02 g/mol

W=（23.8464—16.5492）g=7.2972 g H=523.73 Gs 则XM =

2(0.00310.0001)98115.20278.0233

= 0.01326 cm/mol cm/mol2

7.2972523.73

同理可以求得2A、3A、4A

电流下的X从上表中可以看出，电流为1A时的数据较其他数据偏差较大，我们只取后三组的数据求XM的平均值，则 XM=（0.01152+0.01147+0.1147）/3=0.01149 cm3/mol

再根据公式n(n2)

3KT

XM，式中No = 6.023×1023，K = 1.386×1016尔格/度，T=292.59 K，β = 9.274NO

×1021尔格/高斯，则n（n+2）=27.00，得n=4.29，故n取4。

（3）K4Fe(CN)6·3H2O的XM未成对电子数n的计算： 根据公式XM =

2(W样品＋空管W空管)ghM

WH

2

计算XM，电流为1A时有：

ΔW样品＋空管 = W样品＋空管＋磁场－W样品＋空管 =（20.5815—20.5816）g=-0.0001g ΔW空管 = W空管＋磁场－W空管 =（14.2223—14.2224）g=-0.0001g g=981cm/s2 h=15.60 cm

M=422.39 g/mol

W=（20.5816—14.2224）g=6.3592g H=523.73 Gs 则XM =

2(-0.00010.0001)98115.60422.393

cm/mol= 0 cm3/mol

2

6.3592523.73

MXM= -0.0002 cm3/mol 再根据公式n(n2)

3KT

XM，式中No = 6.023×1023，K = 1.386×1016尔格/度，T=292.59 K，β = 9.2742

NO

×1021尔格/高斯，则n（n+2）=-0.4699，得n=0。