實(shí)驗(yàn)十二溶膠的制備及電泳

1、6 / 5實(shí)驗(yàn)十二溶膠的制備及電泳12.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2.1掌握凝聚法制備Fe(0H)3溶膠和純化溶膠的方法。12.2理解電動(dòng)電勢(shì) Z的物理意義，掌握用電泳法測(cè)定Z電勢(shì)的原理和技術(shù)。12.3加深理解在外電場(chǎng)作用下膠粒與周?chē)橘|(zhì)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)電現(xiàn)象。11.2實(shí)驗(yàn)原理本試驗(yàn)采用Fe(0H)3膠體進(jìn)行電泳試驗(yàn)，F(xiàn)e(0H)3溶膠用水解凝聚法制備，制備過(guò)程中 所涉及的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：(1) 在沸水中加入 FeC% 溶液：FeCl3 + 3H2O = Fe(OH) 3 + 3HC1(2) 溶膠表面的 Fe(OH) 3會(huì)再與 HCI 反應(yīng)：Fe(OH) 3 + HCl = FeOCl + 2H 20

2、(3) FeOCl 離解成 FeO+ 和 Cl-離子。膠團(tuán)結(jié)構(gòu)為：Fe(OH) 3m nFeO+ (n-x)CI -x+ Cl-膠體溶液(溶膠)是由分散相線(xiàn)度在10-910-7m的高分散多相體系。膠核大多是分子或原子的聚集體，因選 擇性地吸附介質(zhì)中的某種離子(或自身電離)而帶電，介 質(zhì)中存在的與吸附離子電荷相反的離子稱(chēng)為反離子，反離子中有一部分因靜電引力(或范德華力)的作用，與吸附 離子一起緊密地吸附于膠核表面，形成緊密層。于是膠核、吸附離子和部分反離子(即緊密層)構(gòu)成了膠粒。反離子圖1雙電層示意圖的另一部分由于熱擴(kuò)散分布于介質(zhì)中，故稱(chēng)為擴(kuò)散層，見(jiàn)圖1。緊密層與擴(kuò)散層交界處稱(chēng)為滑移面(或Ste

3、rn面)，顯然緊密層與介質(zhì)內(nèi)部之間存在電勢(shì)差，該電勢(shì)差稱(chēng)為 Z電勢(shì)。在電場(chǎng)中膠粒會(huì)向異號(hào)電極移動(dòng)，即電泳現(xiàn)象，在特定的電場(chǎng) 中，Z電勢(shì)的大小取決于膠粒的運(yùn)動(dòng)速度，故Z電勢(shì)又稱(chēng)為電動(dòng)電勢(shì)。溶膠之所以在一定條件下能相對(duì)穩(wěn)定的存在，主要原因之一就是體系中膠粒帶有相同的電荷，彼此之間排斥不致聚集。膠粒帶的電荷越多，Z電勢(shì)越大，膠體體系越穩(wěn)定。因此，Z電勢(shì)大小是衡量溶膠穩(wěn)定性的重要參數(shù)。Z電勢(shì)的測(cè)定方法有多種，利用電泳現(xiàn)象可測(cè)定Z電勢(shì)。電泳法又分為宏觀(guān)法和微觀(guān)法，前者是將溶膠置于電場(chǎng)中，觀(guān)察溶膠與另一不含溶膠的導(dǎo)電液(輔助液)間所形成的界面的移動(dòng)速率；后者是直接觀(guān)測(cè)單個(gè)膠粒在電場(chǎng)中的泳動(dòng)速率。對(duì)高分散或

4、過(guò)濃的溶膠只能用宏觀(guān)法；對(duì)顏色太淺或濃度過(guò)稀的溶膠只能用微觀(guān)法。本實(shí)驗(yàn)采用宏觀(guān)法測(cè)定Fe（0H）3溶膠的Z電勢(shì)，其E電勢(shì)可按下式計(jì)算：嚴(yán)K兀n ug（V/l）式中n &為測(cè)量溫度下介質(zhì)的粘度和介電常數(shù)；u為膠粒電泳的相對(duì)移動(dòng)速率（ms-1）;（V /I）是電位梯度（Vm-1）, V是兩電極間電位差（V）; I為兩電極間距離（m）; K是 與膠粒形狀有關(guān)的常數(shù)，球形粒子 K=5.4 XIO10V2 s2 kg-1 m-1 ,棒狀粒子 K=3.6 杓10V2 s2 kg-1 m-1，對(duì) Fe（0H）3 , K= 3.6 1010V2 s2 kg-1 m-1。12.3儀器與藥品12.3.1儀器：電泳

5、儀1臺(tái) 電泳管1支 秒表1只 滴管2支 漏斗1個(gè) 細(xì)銅線(xiàn)1條 直尺1把312.3.2 藥品： 0.1mol dm- KCl 溶液；Fe（OH）3溶膠1233實(shí)驗(yàn)裝置:C電換瘩膠ussss.電稱(chēng)撫定皆圖2電泳測(cè)定裝置12.4實(shí)驗(yàn)步驟12.4.1膠體的制備i. FeCl3溶液：0.5g FeCb溶于20 ml蒸餾水中；ii. 200 ml蒸餾水加熱至沸，攪拌并逐滴滴加（1）溶液，滴加完全后再煮沸2min得到膠體體系。12.4.2珂鑼酊袋的制備將約20ml棉膠液倒入干凈的 250ml錐形瓶?jī)?nèi)，小心轉(zhuǎn)動(dòng)錐形瓶使瓶?jī)?nèi)壁均勻鋪展一層液膜，傾出多余的棉膠液，將錐形瓶倒置于鐵圈上，待溶劑揮發(fā)完（此時(shí)膠膜已不沾

6、手），用蒸餾水注入膠膜與瓶壁之間，使膠膜與瓶壁分離，將其從瓶中取出，然后注入蒸餾水檢查是否有漏洞，如無(wú)，則浸入蒸餾水中待用。12.4.3膠體的純化制備好的Fe(0H)3溶膠冷卻到約50C，轉(zhuǎn)移到珂鑼酊袋，用約50C的蒸餾水滲析，約10min換水1次，滲析5次。12.4.3電導(dǎo)率的測(cè)定將滲析好的Fe(0H)3溶膠冷至室溫，測(cè)其電導(dǎo)率，用O.lmol m-3KCl溶液和蒸餾水配制 與溶膠電導(dǎo)率相同的輔助液。1244測(cè)定Fe(OH) 3的電泳速度i用洗液和蒸餾水將電泳管洗干凈(三個(gè)活塞均需涂好凡士林)。ii用少量Fe(OH)3溶膠洗滌電泳儀23次，然后注入Fe(OH)3溶膠直至膠液面高出活塞2、3少

7、許，關(guān)閉該活塞，倒掉多余的溶膠。iii用蒸餾水將電泳儀活塞 2、3以上部分蕩洗干凈后在兩管內(nèi)注入KCl輔助液至支管口，并把電泳儀固定在支架上。iv將石墨電極插入 KCl輔助液層中，兩電極以并聯(lián)的形式與電泳儀連接，插入后使兩 電極垂直，而且在 KCl輔助液層中深度相等，開(kāi)啟活塞4使管內(nèi)兩輔助液面等高。關(guān)閉活塞4,緩緩開(kāi)啟活塞2、3 (勿使溶膠液面攪動(dòng))，記下膠體界面的初始高度位置。v打開(kāi)穩(wěn)壓電源，將電壓調(diào)至150伏，觀(guān)察溶膠液面移動(dòng)現(xiàn)象及電極表面現(xiàn)象。記錄30min內(nèi)界面移動(dòng)的距離。vi切斷電源，用軟線(xiàn)測(cè)量電泳管中兩電極在膠體中的距離，測(cè)量45次，取平均值。帀i實(shí)驗(yàn)結(jié)束，拆除裝置，清洗電泳管。1

8、2.5實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)12.5.1在制備珂鑼酊袋時(shí)，加水的時(shí)間應(yīng)適中，如加水過(guò)早，因膠膜中的溶劑還未完全揮發(fā)， 膠膜呈乳白色，強(qiáng)度差不能用。如加水過(guò)遲，則膠膜變干、脆，不易取出且易破。12.5.2溶膠的制備條件和凈化效果均影響電泳速度，制膠過(guò)程中應(yīng)很好控制濃度、溫度、攪拌和滴加速度。滲析時(shí)應(yīng)控制水溫，常攪動(dòng)滲析液，勤換滲析液。這樣制備得到的溶膠膠粒 大小均勻，膠粒周?chē)姆措x子分布趨于合理，基本形成熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)，所得的Z電位準(zhǔn)確，重復(fù)性好。12.5.3滲析后的溶膠必須冷至室與輔助液大致相同的溫度(室溫)，以保證兩者所測(cè)的電導(dǎo)率一致，同時(shí)避免打開(kāi)活塞時(shí)產(chǎn)生熱對(duì)流而破壞了溶膠界面。12.6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和

9、處理12.5.1.數(shù)據(jù)記錄：室溫： 27C，大氣壓：97.60kPa , n= 0.8512 10- Pa , e= 77.60Fm電泳時(shí)間電壓/V極間距l(xiāng)/cm界面移動(dòng)距離h/cm移動(dòng)方向膠體的電性電泳速率m/st/s180013583.61.10向負(fù)極帶正電5.22 X10-6h 1.10 10 -廠(chǎng) 1800_= 6.1110 Jm1s_1036= 3.6 X0 X3.14 8512 K0- X6.11 X0- 0.836/77.60/135=4.6910-2V5.文獻(xiàn)值3045C，水tc時(shí)的介電常數(shù) D可用下式算出：lnDt = 4.4266-4.54426 10沁;Fe(OH)3膠體

10、的Z電位為44mV。六預(yù)習(xí)問(wèn)題1. Fe(OH)3膠體帶 正 電荷，在電場(chǎng)中向負(fù) 極移動(dòng)。2. 實(shí)驗(yàn)中，KCl輔助液的電導(dǎo)率與待測(cè)溶膠的電導(dǎo)率相同，原因是 消除電位梯度。3. 要使膠體在電場(chǎng)中作勻速運(yùn)動(dòng)，則應(yīng)該使使。4. 影響膠體與輔助液界面清晰度的因素有輔助液的電導(dǎo)率與溶膠的電導(dǎo)率要相同，_體要嚴(yán)格純化 和輔助液和溶膠的溫度要一致。5. 與膠體電泳的速度有關(guān)的因素有膠體的本性、電場(chǎng)強(qiáng)度 、輔助液的性質(zhì) 、溫度兩極間距離 、 膠體凈化后的電導(dǎo)值等因素。七思考題1、電泳速度與哪些因素有關(guān)？答：a外加電場(chǎng)強(qiáng)度影響大，外加電壓大，速度快；b與膠體凈化后所測(cè)電導(dǎo)值有關(guān)，電導(dǎo)大，電泳速度快；c與兩極間距

11、離有關(guān)，距離短，速度快；d與溫度有關(guān)，溫度高，介質(zhì)的粘度降低，有利于電泳速度的提高；e與膠體的本性相關(guān)；f與輔助液的性質(zhì)相關(guān)。2、寫(xiě)出FeCb水解反應(yīng)式。解釋 Fe(OH)3膠粒帶何種電荷取決于什么因素？答：FeCb水解反應(yīng)式：FeCg+HzO- Fe(OH)Cl 2+HClFe(OH)Cl 2+H2O Fe(OH)2CI+HCIFe(OH)2CI+H 2O Fe(OH)3+HCIFe(OH) 2Cl FeOCl+H 2O溶液中存在較多的 FeOCI作穩(wěn)定劑。Fe(OH)3膠體的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)：F.-iOHi/.,；/：膠核1膠粒膠團(tuán)Fe(OH) 3m膠核優(yōu)先吸附FeO+離子而帶正電荷。3、說(shuō)明反離

12、子所帶電荷符號(hào)及電極上的反應(yīng)。答：反離子是CI-，帶負(fù)電荷。電極反應(yīng)：正極：2CI- -2e-f CI2 (p)負(fù)極：2H+2e H2 (p)4、選擇和配制輔助液有何要求？答：a與膠體顏色反差要大，便于區(qū)分界面；b較膠體比重要輕，界面容易清晰；輔助液正負(fù)離子遷移的速度要相近，克服兩臂中上升和下降速度不等的困難。輔助液電導(dǎo)要近于溶膠，以消除其間的電位梯度，否則，電泳公式不得不進(jìn)行修正,電泳公式如一般實(shí)驗(yàn)教材所寫(xiě):,則電位梯度H修正為V0_G?，其中V為電泳電壓,( 一 K )KG為溶膠的電導(dǎo)值，Go為輔助液電導(dǎo)值,.為兩電極端面間距離， K為兩界面間距離。5、對(duì)Fe(OH)3膠體進(jìn)行純化的目的是什么？要達(dá)到理想的純化效果要控制什么條件?答：由于化學(xué)反應(yīng)得到的溶膠都帶有電解質(zhì)，而隨電解質(zhì)濃度增加，電泳速度會(huì)降低，甚至變?yōu)榱悖浑娊赓|(zhì)濃度過(guò)高甚至?xí)茐哪z體的穩(wěn)定性。所以實(shí)驗(yàn)中制得的膠體在電泳前通常用半透膜純化，稱(chēng)為滲析。5070 C的熱水滲半透膜的孔徑大小可允許電解質(zhì)通過(guò)而膠粒則無(wú)法通過(guò)。實(shí)驗(yàn)中用 析、勤換水并不斷攪拌