Современная магнетохимия - Курсовая работа

Сущность магнетохимии заключается в применении результатов изучения магнитных свойств вещества для решения химических проблем. Магнетохимия позволяет обнаруживать частицы, содержащие неспаренные электроны, по числу неспаренных электронов в ионе переходного металла определять его валентное состояние, а в ряде случаев и определять структуру координационного узла молекулы комплексного соединения. Цель настоящей работы заключается в том, чтобы показать, какая связь существует между химическими проблемами и результатами магнитных измерений и описать в доступной форме методику проведения этих измерений.Магнитную восприимчивость можно рассматривать как количественную меру отклика вещества на приложенное внешнее магнитное поле. В образце, помещенном в магнитное поле, индуцируется собственное магнитное поле, совпадающее или не совпадающее по направлению с внешним полем. Поэтому эффективное магнитное поле внутри образца, называемое магнитной индукцией B, отличается от магнитного поля в вакууме и связано с ним соотношением (1): (1) где I - интенсивность намагничивания или магнитный момент единицы объема. Из уравнения (1) следует, что B и H имеют одинаковую размерность, однако для того, чтобы подчеркнуть разницу между магнитным полем в вакууме и в реально среде, в системе SGSM единицу измерения H называют эрстедом (э), а единицу измерения B и I - гауссом (Гс). Отношение магнитной индукции к напряженности магнитного поля называют относительной магнитной проницаемостью е" (аналог диэлектрической проницаемости).Если в магнитном поле находится вещество, молекулы которого не имеют неспаренных электронов, (мо = 0), то, в соответствие с уравнениями (4) и (6), единственным членом, дающим вклад в магнитную восприимчивость, является чd. В этом случае вещество является диамагнитным: оно менее проницаемо для магнитных силовых линий, чем вакуум, и в неоднородном магнитном поле на него действует сила, по направлению противоположная градиенту напряженности магнитного поля. Если же молекулы помещенного в магнитное поле вещества содержат неспаренные электроны (свободные радикалы ионы переходным или редкоземельных элементов и т.п.), т.е. обладают отличным от нуля магнитным моментом, то положительная составляющая чр, превосходящая по абсолютной величине (не менее чем на порядок) отрицательную чd, делает магнитную восприимчивость ЧМ положительной. В том случае, когда величину чd нужно учитывать, ее определяют либо экспериментально по уравнению (6) из температурной зависимости магнитной восприимчивости, либо рассчитывают теоретически по аддитивной схеме Паскаля, которая будет рассмотрена ниже. Из уравнения (5) следует, что молярная магнитная восприимчивость, исправленная на диамагнетизм (ч"M), связана с температурой обратно пропорциональной зависимостью (8): (8) где C - константа Кюри.Все методы измерения магнитной восприимчивости можно разделить на два больших класса: методы, основанные на измерении силы, действующей на образец в магнитном поле, и индукционные методы. Индуктивные методы очень мало распространены в химических лабораториях, поэтому мы подробно остановимся на методах, основанных на измерении втягивающей (выталкивающей) силы. Эта сила связана с удельной магнитной восприимчивостью чg, массой m образца, помещенного в неоднородное магнитное поле с напряженностью H и градиентом напряженности уравнением (18): (18) Если образец имеет достаточно малый линейный размер, так что на всем его протяжении выполняется условие , то можно с помощью чувствительных весов измерить силу F в направлении оси Z и рассчитать магнитную восприимчивость по формуле (13). Если образец имеет большие размеры и цилиндрическую форму, то, поместив один его конец в однородное магнитное поле напряженности H, а другой - вне поля (Н = 0), можно измерить силу F, проинтегрированную по всей длине образца вдоль оси Z.Описываемая нами установка позволяет проводить измерения магнитной восприимчивости в температурном интервале 80 - 400 К и включает в себя следующие основные элементы: 1. Электромагнит. Профильные наконечники, создающие неоднородное магнитное поле с зоной изодинамичности () до 10 мм, позволяют свести к минимуму погрешности, связанные с незначительным относительным смещением образца по вертикальной оси Z. Каретка перемещения магнита дает возможность отодвигать электромагнит на 600 мм и возвращать в исходное положение, фиксируя его соответствующим ограничителем, что позволяет легко осуществлять замену образца и устанавливать систему терморегулирования. Источник питания электромагнита включает в себя стабилизатор напряжения и стабилизатор тока и позволяет параметрически изменять силу постоянного тока, питающего электромагнит, а, следовательно, и напряженность магнитного поля в межполюсном зазоре. В этих весах сила, действующая на образец в магнитном поле, уравновешивается противодействующей силой, вырабатываемой системой обратной связи, сводящей к минимуму колебания коромысла весов.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Магнитная восприимчивость и магнитный момент

1.2 Классификация магнитных явлений

2. Экспериментальная часть

2.1 Методы измерения магнитной восприимчивости

2.2 Измерение магнитной восприимчивости методом Фарадея

2.3 Измерение магнитной восприимчивости методом Гуи

2.4 Изучение магнитных свойств вещества в растворе

Литература