实验32 Fe(OH)3 溶胶的聚沉值、ξ电势及粒径分布的测定.docx

实验32 Fe（OH）3溶胶的聚沉值、壬电势及粒径分布的测定一、目的要求1•制备Fe（OH\溶胶并将其纯化2 •测量Fe（OH）3溶胶的聚沉值、E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n m〜100 nm的高分散多相体系J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E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E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、E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，0〜300V;电泳管1支；250m、800ml烧杯各1个；10m、100ml量筒各1个;1mI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;150mI大口 锥瓶1个；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 submicro n Particle size an alyz)r10% FeC3溶液;2.000 mol/L NaC溶液 0.010 mol/L NqSO4溶液 0.005 mol/L Nap^ .12巧0;市售6%火棉胶溶液；KCl或KNO3稀溶液。

四、实验步骤1•水解法制备Fe(OH》溶胶在250ml烧杯中加入120ml蒸馏水，加热煮沸在沸腾条件下约mi n滴加完3ml 10%FeC］溶液， 并不断搅拌，加完后继续煮沸分钟水解得到深红色的e(OH\溶胶约100m2．制备火棉胶半透膜内壁光滑的150mI大口锥瓶在转动下从瓶口加入约〜8ml 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，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\溶胶将水解法制得的Fe（O 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60弋〜70C热蒸馏水的烧杯中渗析，每隔0分钟换一次水，直至其电导率小于0 M s/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）至5号编号。

1号试管加入10ml 2.000mol/l的 NaCI溶液，0号及2〜5号试管各加入9ml蒸馏水然后从1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Nml纯化了的Fe（OH[ 溶胶（用1ml移液管），并充分摇均匀后，放置mi n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MNaCl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/LNaSO4、0.0050mol/LNapo4 12H2O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1差0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 .E电势的测定（1）如图32—1，打开U形电泳管中部支管中的活塞，先从中部支管加入适量已纯化的e（OH[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（使塞活塞中无气泡），然后将电泳管固 定在铁架台上继续加胶体共约〜10m2）从U形管中加入辅助电解质约6 m—8ml KNQ （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L3图 32—1 电泳管示意图推辅助液上升至浸没电极约・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2,同时读取L]、L34） 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°C,调至30V〜80V同时开动秒表，每 隔3分钟，记录胶体两边界面刻度，通电约0 min—20mir按（1）~（4 ）步 骤重做一次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・E电势的计算E电势按下式计算，&n 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为所加电压丄为两电极端点的距离L二L1 +L2+L3；n为水的粘度(Pa..S)；£为水 的绝对介电常魏=普,疋°为真空中的介电常数& 0=8.854x1O-i2Fm「£ r为相对介电常数n、 £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:s r(t)= 80.1-0.4(t/-20) , 80.1是水在20°C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e(OH［溶胶的聚沉值的影响规律是否相同？为什么？2•聚沉值、E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1社9，93.63 . N4 plus submicron Particle size analyz说明书九、附录：胶粒粒径的测定用美国COULTER公司N4 plus submicr on Particle size an alyz 通过测定胶粒在溶液中的扩散系数，利用公式3(2-1)计算可得胶粒粒径的大小D=kBT / (3n n d) (32-1)式中，kB =1.38x10_i6erg/ K, kB为波尔兹曼常数;D为扩散系数(cm/s);T为温度(K) ；n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2—2。

10mW HeNe激光源微机图32—2 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90检查溶剂密度，应小于1x104counts/seconc并稳定3．制样：样品稀释至一定浓度，用超声波处3理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5x104—^106counts/secone范围内5 . Close , next ,根据样品预计直径选择lofile Name如需修改参数，点击More在Instrementsett in gs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 等；Analysis Parameters-般不修改（包含SDP分析通道数的选择等6 •点击Start,开始测量7 .完成任后将unimodal mean拖至空白处，即显示测量结果检查和Baseline值，以确定结果的可信度（PI应小于1, Baseline百分数值越小越好。

对于Autocorrelation可以选择Edit中的newan alysis进行SDP多分布计算，以作参考。