实验32FeOH3溶胶的聚沉值ξ电势及粒径分布的测定

1、实验 32Fe(OH)3 溶胶的聚沉值、 电势及粒径分布的测定一、目的要求1制备 Fe(OH) 3 溶胶并将其纯化。2测量 Fe(OH) 3 溶胶的聚沉值、 电势及粒径的分布。3分析影响聚沉值及 电势的主要因素。二、原理胶体溶液是分散相线度为1nm100nm 的高分散多相体系。胶核大多是分子或原子的聚集体，由于其本身电离或与介质磨擦或因选择性吸附介质中的某些离子而带电。由于整个胶体体系是电中性的，介质中必然存在与胶核所带电荷相反的离子（称为反离子），反离子中有一部分因静电引力的作用，与吸附离子一起紧密地吸附于胶核表面， 形成了紧密层。于是胶核、吸附离子和部分紧靠吸附离子的反离子构成胶粒。反离子

2、的另一部分由于热运动以扩散方式分布于介质中，故称为扩散层。扩散层和胶粒构成胶团。扩散层与紧密层之交界区称为滑动面，滑动面上存在电势差，称为电势。此电势只有在电场中才能显示出来。在电场中胶粒会向正极（胶粒带负电）或负极（胶粒带正电）移动，称为电泳。电势越大，胶体体系越稳定，因此 电势大小是衡量溶胶稳定性的重要参数。电势的大小与胶粒的大小、胶粒浓度，介质的性质、成分、 pH 值及温度等因素有关。从能量观点来看，胶体体系是热力学不稳定体系，因高分散度体系界面能特别高，胶核有自发聚集而聚沉的倾向。但由于胶粒带同种电荷，因此在一定条件下又能相对地稳定存在。在实际中有时需要胶体稳定存在，有时需要破坏胶体使

3、之发生聚沉。使胶体聚沉的最有效方法是加入适量的电解质来中和胶粒所带电荷，降低 电势。一定量某种溶胶在一定时间内发生明显聚沉所需电解质的最低浓度称为该电解质的聚沉值。聚沉值、 电势和胶粒粒径的测量常用比较纯净的溶胶，这就要求对溶胶进行纯化。本实验采用渗析法，即通过半透膜除去溶胶中多余的电解质达到纯化目的。三、仪器与试剂稳流稳压电泳仪 1 台， 0300V ；电泳管 1 支； 250ml 、800ml 烧杯各 1 个； 10ml、100ml 量筒各1 个； 1ml 移液管 2 支 ，5ml 移液管 1 支，10ml 移液管 4 支； 150 ml 棕色试剂瓶 1 个； 150ml 大口锥瓶1 个；

4、25ml 试管 6 支，试管架 1 个；电导率仪 1 台；直径为 2 cm 长约 4cm 的空心玻管 1 根；棉线，细铜线、直尺等。 800W 电炉 1 台。粒径分析仪一台（美国COULTER公司 N4 Plus submicron Particle size analyzer）10% FeCl 3 溶液； 2.000 mol/L NaCl 溶液 ; 0.010 mol/L Na 2SO 4 溶液 ; 0.005 mol/L Na 3 PO4 .12H 2O；市售6% 火棉胶溶液；KCl 或 KNO 3 稀溶液。四、实验步骤1 水解法制备 Fe(OH) 3 溶胶在 250ml 烧杯中加入 12

5、0ml 蒸馏水，加热煮沸。在沸腾条件下约1min 滴加完 3ml 10%FeCl 3 溶液，并不断搅拌，加完后继续煮沸3 分钟。水解得到深红色的Fe(OH) 3 溶胶约 100ml 。2制备火棉胶半透膜内壁光滑的 150ml 大口锥瓶在转动下从瓶口加入约68ml 6%的火棉胶溶液，使火棉胶在锥瓶内壁上形成均匀液膜，在转动下倒出多余的火棉胶溶液于回收瓶中，将锥瓶倒置在铁圈上，使多余的火棉胶溶液流尽，让乙醚与乙醇蒸发，直至闻不出乙醚气味为止，此时用手轻摸不粘手时注满蒸馏水（若发白说明乙醚末干，膜不牢固），以溶去剩余的乙醇。 用小刀在瓶口轻轻剥开一部分膜，在膜与瓶壁间注水， 使膜脱离瓶壁，悬浮在水中

6、， 倒出水的同时， 轻轻取出膜袋。 检查是否有洞 （用手托住膜袋底部， 慢慢注满水），若有洞，应重做。3 纯化 Fe(OH) 3 溶胶将水解法制得的 Fe(OH) 3 溶胶取出， 装入制好的半透膜袋内， 用粗玻璃管及细线栓住袋口悬挂在铁架台上。在 500ml 加有 6070 热蒸馏水的烧杯中渗析，每隔30 分钟换一次水，直至其电导率小于50s/cm 。把纯化好的溶胶置于150ml 洁净的磨口棕色瓶中。4 聚沉值的测定（ 1 ）取 6 支干净试管分别以 0 至 5 号编号。1 号试管加入 10ml 2.000mol/L 的 NaCl 溶液，0 号及 25号试管各加入 9ml 蒸馏水。然后从 1

7、号试管中取出 1ml 溶液加入到 2 号试管中，摇匀，又从2 号试管中取出 1ml 溶液加到 3 号试管中，以下各试管手续相同， 但 5 号试管中取出的 1ml 溶液弃去，使各试管具有9ml 溶液，且依次浓度相差10 倍。 0 号作为对照。在 0 至 5 号试管内分别加入 1ml 纯化了的 Fe(OH) 3 溶胶(用 1ml 移液管 )，并充分摇均匀后， 放置 2min 左右，确定哪些试管发生聚沉。 最后以聚沉和不聚沉的两支顺号试管内的 NaCl 溶液浓度的平均值作为聚沉值的近似值。（ 2）电解质分别换以 0.010mol/LNa 2SO 4、0.0050mol/LNa 3PO4 12H2O

8、溶液，重复（ 1）进行实验。并比较其聚沉值大小。（3） 按照（ 1）和（ 2）相同步骤测定各电解质对未纯化的胶体的聚沉值。上述测量，因为聚沉和不聚沉的两支顺号试管内的电解质浓度相差10 倍,所以比较粗略 .为了取得更精密的结果，可以在这相差10 倍的浓度范围内再自行确定浓度进行细分，并进行精密聚沉值的测量实验。注意： pH 、温度对测定聚沉值影响很大。5 电势的测定（1） 如图 321，打开 U 形电泳管中部支管中的活塞A，先从中部支管加入适量已纯化的Fe(OH) 3溶胶。注意：将电泳管稍倾斜使加入的胶体刚好至活塞口，关闭活塞(使活塞中无气泡 )，然后将电泳管固定在铁架台上。继续加胶体共约81

9、0ml 。（2）从 U 形管中加入辅助电解质约6 ml 8ml KNO 3（或 KCl ），其电导率应尽量与胶体的电导率接近。在 U 形管两边扦上铂丝电极， 然后十分小心地慢慢打开 (不能全部打开 )活塞，使 Fe(OH) 3 溶胶缓缓推辅助液上升至浸没电极约0.5cm 时关闭活塞。分别记下两边胶体界面的刻度及电极两端点的刻度。（3） 用细铜丝量出 U 形管弯曲处两箭头所指的距离 L2 ，同时读取 L1、L3。L 1L3（4） 将电极的香蕉扦头接入稳压电源， 然后接通电源。 所加电压视 L 值及温度而定。若 L 为 0.3m 左右，温度约为 20，调至 30V80V 。同时开动秒表，每L 2A

10、隔 3 分钟，记录胶体两边界面刻度，通电约 30 min 20min 。按（ 1）（ 4）步骤图 321电泳管示意图重做一次。6 胶粒粒径分布的测定(见附录 )五 数据处理1将实验现象及结果用表格形式表示。2 电势的计算电势按下式计算， =u/E式中： u 为电泳速度 (m/s )，u=h/t , h 为 t 时间段内负极胶体界面均匀上升的距离；E 为电场强度（ V/m），E=V/L ，V 为所加电压， L 为两电极端点的距离 , L= L 1 +L 2+L3； 为水的粘度（ Pa.S ）； 为水的绝对介电常数 ,=0·r,， 0 为真空中的介电常数， 0=8.854 ×1

11、0-12 F·m-1， r 为相对介电常数； 、均与温度有关。水的粘度与温度的关系可查附录。介电常数与温度的关系可用下面近似公式表示： r（t）= 80.1 0.4(t/ 20) , 80.1 是水在 20时的介电常数。六、注意事项：1制备胶体用的大口锥瓶及电泳管内壁一定要光滑洁净。2打开电泳管中间活塞的程度以使胶体界面保持清晰为标准。七、思考题：1三种电解质对已纯化和末纯化的Fe(OH) 3 溶胶的聚沉值的影响规律是否相同？为什么？2聚沉值、 电势与哪些因素有关 ?3注意观察 U 形管中两极及胶体界面上发生的变化，为什么会有这些变化。4通过实验说明胶体浓度与 电势及粒径分布之间的关

12、系。八 .、参考文献1北京大学 , 物理化学实验，北京大学出版社， 1995.2复旦大学，蔡显鄂等编，物理化学实验，第二版，高等教育出版社，1993.6 。3N4 plus submicron Particle size analyzer说明书九、附录：胶粒粒径的测定（用美国 COULTER公司 N4 plus submicron Particle size analyzer）。通过测定胶粒在溶液中的扩散系数，利用公式（32-1 ）计算可得胶粒粒径的大小。D=k B T / (3d)（32-1 ）式中， kB =1.38 ×10-16erg/ K ，kB 为波尔兹曼常数； D 为 扩

13、散系数(cm/s)；T 为温度 (K)； 为粘度（泊）；d 为 粒子的直径（ cm ）。 N4 plus 粒径仪测定原理框图见图322 。10mW HeNe样品室激光源聚焦透镜9050.440.230.420.4 14.9oooooo微机步进电机信息微处理器数字函数器脉冲放大和监测器光电倍增管图 322 N4 Plus粒径仪原理框图具体操作步骤：1 开机 ，打开联机软件，预热 30 分钟 。2 在样品池中加入溶剂，放入仪器中。点击 123 图标 ，输入一般信息和预计直径（如不知直径，选 unkown ）,next , 点击 intesity , 选择 90o 。检查溶剂密度，应小于 1×104counts/second, 并稳定。3 制样：样品稀释至一定浓度，用超声波处理3 分钟以上。（需要时根据样品性质添加合适的分散剂）注意：样品的制备对测量结果影响很大。4 同 2 检查样品的密度，应在5×104106counts/second 范围内。5 Close , next , 根据样品预计直径选择Plofile Name 。如需修改参数，点击 More 。在 Instrementsettings 中可改变运行时间和温度；在 Run Parameters 中可改变平衡时间、测量角度和自动打印