埃文斯方法

Overview

资料来源: 德克萨斯州 #38 大学化学系

虽然大多数有机分子是磁性, 其中所有的电子是配对的债券, 许多过渡金属复合物是顺磁性, 它有基态与不成对电子。召回洪特的规则, 其中指出, 对于类似的能量轨道, 电子将填补轨道, 以最大限度地增加不成对电子在配对之前。过渡金属部分地填充了d-轨道, 其能量通过配合金属的配体而扰动到不同的程度。因此, d-轨道在能量上彼此相似, 但并非都是退化的。这使得配合物磁性, 所有电子配对, 或顺磁性, 与不成对电子。

了解金属络合物中不成对电子的数量可以为金属络合物的氧化状态和几何形状以及配体的配位场 (晶场) 强度提供线索。这些特性对过渡金属络合物的光谱学和反应性有很大的影响, 因此理解起来很重要。

计算不成对电子数的一种方法是测量配位化合物的磁化率, χ。磁化率是一种材料 (或复合物) 在外加磁场中磁性的量度。成对电子被外加磁场稍微排斥, 这种斥力随着磁场强度的增加而线性增加。另一方面, 不成对电子 (在更大的程度上) 被吸引到一个磁场, 并且吸引力增加线性地与磁场力量。因此, 任何具有不成对电子的化合物都将被磁场所吸引。1

当我们测量磁化率时, 我们得到的信息从磁矩, µ的不成对电子的数量。磁化磁化率与磁矩有关, µ由公式 12:

Equation 1(1)

常量 = [(3kB)/Nβ2), 其中β = 玻尔磁的电子 (0.93 x 10-20电算高斯Equation 2 -1), N = 德罗的数字, 和 kB = 玻尔兹曼常数
XM = 摩尔磁化率 (cm3/摩尔)
T = 温度 (K)
µ = 磁矩, 以玻尔磁的单位测量, µB = 9.27 x 10-24 JT-1

配合物的磁矩由公式 21:

Equation 3(2)

g = 磁比率 = 2.00023 µB
s = 自旋量子数 = ∑ms = [不成对电子的个数, n]/2
l = 轨道量子数= ∑ml

这个等式有轨道和自转贡献。对于第一列过渡金属配合物, 轨道贡献是小的, 因此可以省略, 因此, 自旋磁矩由公式 3:

Equation 4(3)

只有自旋磁矩可以直接给出不成对电子的个数。这种近似也可以为较重的金属, 虽然轨道贡献可能是重要的第二和第三行过渡金属。这一贡献可能是如此之大, 以致于它膨胀的磁矩足以使化合物看起来比它有更多的不成对电子。因此, 这些配合物可能需要额外的定性。

在本实验中, 用埃文斯方法在氯仿中测定了三 (乙酰) 铁 (铁 (民航)3) 的溶液磁矩。

Procedure

1. 毛细管插入物的制备

  1. 使用打火机或其他气体火焰, 融化一长的巴斯德吸管的尖端。轻轻地旋转吸管尖端在火焰中, 直到一个小灯泡形成。让玻璃冷却。
  2. 在一个闪烁的瓶子, 准备一个 50:1 (体积) 的氘: proteo 氯仿的解决方案。吸管2毫升的氘溶剂, 并为此添加40µL 的 proteo 溶剂。把瓶子盖上。
  3. 小心地在密封的玻璃吸管上加入几滴溶剂混合物。轻轻地轻拂密封的吸管的尖端, 使液体进入毛细管。重复直到溶液的深度从毛细管底部到2英寸。确保没有气泡的空气。
  4. 用14/20 橡皮隔膜把吸管盖上。用针盖3毫升注射器, 将针头插入吸管, 抽出3毫升的空气。这造成了部分真空, 促进了下一步。
  5. 密封毛细管的顶部。将吸管水平夹在环形支架上。使用打火机软化溶液在吸管底部的玻璃。一旦玻璃软化, 开始旋转吸管的尖端和拉动吸管的尖端远离固定基地。让密封毛细管冷却。

2. 顺磁性溶液的制备

  1. 使用一个分析平衡, 大量的闪烁瓶和盖子。注意质量。
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Results

E实验结果

Fe (民航)3 氯仿
m (g) 0.0051 0.874
兆瓦 (克/摩尔) 353.17 n/a
n (摩尔) 1.44⋅10-5

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Application and Summary

埃文斯法是一种简单实用的获得可溶性金属络合物磁化率的方法。这提供了金属络合物中不成对电子的数量, 这与该络合物的光谱学、磁性特性和反应性有关。

测量顺磁性物种的磁化率, 给出了不成对电子的个数, 这是金属配合物的关键特性。由于金属配合物的反应性受其电子结构的影响, 即 d-轨道是如何填充的--建立不成对电子的数量是很重要的。磁化率可用于测定溶液中金?...

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References
  1. Miessler, G. L., Fischer, P. J., Tarr, D. A. Inorganic Chemistry. 5 ed. Pearson. (2014).
  2. Drago, R. S. Physical Methods for Chemists. 2 ed. Saunders College Publishing. (1992).
  3. Girolami, G. S., Rauchfuss, T. B., Angelici, R. J. Synthesis and Technique in Inorganic Chemistry: A Laboratory Manual. 3 ed. University Science Books. Sausalito, CA, (1999).
Tags
Evans MethodUnpaired ElectronsSolution state Metal ComplexesParamagneticDiamagneticNMR SpectroscopyReactivity PredictionMagnetic MomentSpin only Magnetic MomentOrbital ContributionsMagnetic SusceptibilityChemical Shift

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Overview

1:03

Principles of the Evans Method

3:27

Capillary Insert Preparation

4:59

Sample Preparation and Data Collection

5:58

Results

6:41

Applications

7:53

Summary

此集合中的视频:

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