＜概要＞

物体を磁場の中におくと、作用する磁場に応じて磁気分極Mが生じる。 多くの場合磁気分極Mは磁場Hに比例するものとみなせる（Bは磁束密度、μ₀ は真空の透磁率（磁気定数）≈ 4π × 10^-7 H m^-1）：

M = χ μ₀ H　　　(4.1)
B = μ₀H+ M = μ₀ (1 + χ) H = μ H　　 (4.2)

この比例係数 χ を（体積）磁化率、μ を透磁率、μ/μ₀（= 1 + χ）を比透磁率と呼ぶ。 磁化率が負の場合を反磁性（diamagnetism。水や有機液体などで典型的には ～ -10^-6）、 正であまり大きくない場合（典型的には～0.001）を常磁性（paramagnetism）、 正で大きい場合（～1000）を強磁性（ferromagnetism）と呼ぶ。 今回合成したトリスオキサラト鉄(III)酸カリウム、鉄ミョウバンはいずれも常磁性を示す （ここではE-H対応の立場から記述し、CGS emu単位系を採用する。詳細については資料編II-16参照）。

常磁性を示すのは鉄の塩に含まれている鉄イオンがそれぞれあたかも微小な磁石として振舞うためだと考えると、 磁化率 χ は物体の密度 ρ_g あるいはモル密度 ρ_m に比例する。

χ = ρ_g χ_g = ρ_m χ_m　　　(4.3)

ここで　χ_g を質量磁化率、χ_m をモル磁化率と呼ぶ。 もし鉄イオンの磁気的な性質が配位子などの周囲環境によって変化しないと考えると、 χ_m は鉄シュウ酸錯体でも鉄ミョウバンでも同じ値になることが期待される。

磁化率の測定にはSherwood Scientific社製の磁気天秤MSB-MKIを用いる。 この磁気天秤では不均一な磁場中に試料を置いた時に働く力を測定し、標準物質の場合と比較することで試料の磁化率を測定する。 今回は硫酸アンモニウム鉄(II)六水和物（Fe(NH₄)₂(SO₄)₂·6H₂O、式量 392.13。モール塩と呼ばれる。 室温での質量磁化率を32.3 × 10^-6 cm³ g^-1（CGS emu）とする） を標準物質として用い、鉄シュウ酸錯体と鉄ミョウバンの磁化率を決定する。

<操作>

1. モール塩、鉄シュウ酸錯体、鉄ミョウバンをそれぞれ0.1 g程度、 素焼きの板の上に取り、薬匙を使ってすり潰して細粉にする（今回の実験ではステンレス製の薬匙を用いても構わない）｡
2. 磁気天秤MSB-MKIに何もいれない状態でZEROつまみを回して表示値を0に合わせた後、 空の試料管をセットして値を読み取る（× 1のRANGEで読み取る）｡
3. 空の試料管の重さを0.1 mgまで精確にはかり、細粉にしたモール塩を、 トントン（タッピング）しながら、およそ2～3 cmの高さになるように詰め、重さを0.1 mgまで精確にはかる｡
4. モール塩を詰めた部分の長さを直尺で0.1 mmまで読む。
5. 磁気天秤に何もいれない状態でZEROつまみを回して表示値を0に合わせた後、 モール塩を入れた試料管をセットして値を読み取る（× 1のRANGEで読み取る）｡
6. トリスオキサラト鉄(III)酸カリウム、鉄ミョウバンについても同様に （２）～（５）の操作を行って磁気天秤の表示値を読み取る｡

<検討>

1. 次式からトリスオキサラト鉄(III)酸カリウム、鉄ミョウバンの質量磁化率を求め、それぞれのモル磁化率を比較検討せよ。 \[ \chi_{\rm{g}} = \frac{L/w}{L_0/w_0} \frac{R - R_{\rm{x}}}{R_0 - R_{\rm{x}}} \times~ 32.3~\times~10^{-6} ~ \rm{cm^3 ~ g^{-1}} ~~~~ \rm{(CGS ~emu) ~~~~(4.4)} \] ここで L は詰めた試料の長さ、w は試料の重さ、R は磁気天秤の表示値であり、添え字 0 はモール塩の結果、x は空の試料管の値を示す。
2. モール塩と鉄ミョウバンで、モル磁化率はどちらが大きいか比較検討せよ。
3. 水の磁化率を測定してみよ（空の試料管を磁気天秤にセットした状態で、先端を伸ばしたパスツールスポイトで水を注入し、天秤の表示値の変化を読み取ればよい）。