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:
(1)
常量 = [(3kB)/Nβ2), 其中β = 玻尔磁的电子 (0.93 x 10-20电算高斯 -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:
(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:
(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。
1. 毛细管插入物的制备
2. 顺磁性溶液的制备
E实验结果