物质中的分子是一种复杂的电磁体系,在外加磁场的作用下,会发生磁化,从而表现出一些宏观性质,通过这些性质可以研究分子的微观结构。
  1.磁化率  
 
置于外磁场中的物质,在外磁场的作用下会感应出一个附加的磁场。
  该物质的磁感应强度 等于外加磁场强度与附加磁场强度之和。
                (1)
  HH方向相同的叫顺磁性物质,相反的叫反磁性物质。还有一类物质如铁、钴、镍及其合金,HH大得多(H/H)高达104,而且附加磁场在外磁场消失后并不立即消失,这类物质称为铁磁性物质。
 
物质的磁化可用磁化强度I来描述,H=4πI。对于非铁磁性物质,I与外磁场强度H成正比
                    (2)
 x为物质的单位体积磁化率,是单位体积内磁场强度的变化(简称磁化率),是物质的一种宏观磁性质。化学上常用单位质量磁化率Xm和摩尔磁化率XM 来表示。二者的定义是:
          

 式中d是物质的密度,M为分子量。由于x是无量纲的量。故Xm XM的单位分别为厘米3/克和厘米3/摩尔。
 
2.物质的磁性
  物质的磁性可分为三种,即铁磁性,逆磁性和顺磁性。
  (1)铁磁性
  (2)逆磁性
  (3)顺磁性
 3. 分子磁矩与磁化率
  (1)逆磁化率X0
 
(2)摩尔顺磁化率
 
(3) 物质的总磁化率
 
x M为物质的总磁化率。通常情况下摩尔顺磁化率>>摩尔逆磁化率x 0,所以x 0可忽略不计,可得:
                (7)
 
假定分子间无作用力,用统计力学的方法,摩尔顺磁化率和永久磁化率之间的满足以下关系:
               (8)
 式中N 为阿伏伽德罗常数,K 为玻耳兹曼常数,T 绝对温度。
             (9)
 物质的永久磁矩与它所包含的未成对电子数n的关系可用下式表示
           (10)
 式中的是玻尔磁子
           
 其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩。
 4. 测量原理
  本实验使用CTP-II型古埃磁天平(需自配分析天平),采用古埃天平法测定磁化率。在安装时需作些改装,将天平左边盘底托盘拆除,改装一根细铁丝。在铁丝中点系一根细的纤维线,线从天平左边托盘处孔口穿出,经下端连接一只和样品管口径相同的橡皮塞,以连接样品管用。测量时,将橡皮塞紧紧塞入样品管中,样品管将垂直悬挂于天平盘下。
  磁场两极中心处的外磁场强度H可用已知磁化率的标准物质进行标定,常用的标准物质有莫尔氏盐(NH4)2SO4.FeSO4.6H2OCuSO4.5H2OHgCO(SCN)4 NaCl.H2O,苯等。
 
本实验用 (NH4)2SO4.FeSO4.6H2O, 标定外磁场强度,测定FeSO4.7H2OK4Fe(CN)6.3H2O的磁化率。(莫尔氏盐的单位质量磁化率为Xm =厘米3/克)
  5 . 不均匀磁场中物质的受力分析