氫氧化鐵膠體制備及電泳

...wd......wd......wd...Fe(OH)3膠體的制備和電泳[摘要]文章主要探究氫氧化鐵的制備、純化溫度及時(shí)間對(duì)膠體的影響，并測(cè)定的膠體性質(zhì)，最終確定利用化學(xué)法制備，純化溫度介于60℃到70℃，時(shí)間控制在2周左右，輔助液選用KCl溶液并且電導(dǎo)率與膠體一樣，電泳電壓為60V，得到Fe(OH)3膠體的ζ電位為；并且研究了一樣陽(yáng)離子不同價(jià)態(tài)陰離子的鹽對(duì)于膠體聚沉的影響，并得到價(jià)態(tài)越高，聚沉能力越強(qiáng)。[關(guān)鍵詞]Fe(OH)3膠體；電泳；ζ電位；實(shí)驗(yàn)；聚沉值作為物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)典實(shí)驗(yàn)[1,2]---膠體的制備及采用電泳方法測(cè)定溶膠的電動(dòng)電勢(shì)ζ，我們很有必要去認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)。但由于溶膠的電泳受諸多因素如：溶膠中膠粒形狀、外表電荷數(shù)量、輔助液中電解質(zhì)的種類、溫度和所加電壓等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要利用水解Fe(OH)3溶液制備的氫氧化鐵膠體，并且通過(guò)滲析純化后使用。另外，根據(jù)教材的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)展電泳實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常遇到溶膠與輔助液間有一界模糊和兩極間界面移動(dòng)距離相差較大等問(wèn)題。為了使這些問(wèn)題能夠得以很好的解決，我們主要是氫氧化鐵膠體的制備、Fe(OH)3膠體的純化時(shí)滲析溫度及時(shí)間的控制、輔助液的選擇與其電導(dǎo)率控制、膠體溶液和導(dǎo)電液的正確參加以及適度的電泳電壓等方面對(duì)這一實(shí)驗(yàn)進(jìn)展了改進(jìn)研究來(lái)探究Fe(OH)3膠體的ζ電位，通過(guò)與理論值相比較，做出合理的誤差分析，以此來(lái)對(duì)膠體電泳最正確實(shí)驗(yàn)條件得以確定，以這一實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的條件探討及結(jié)果。1、實(shí)驗(yàn)局部1.1實(shí)驗(yàn)原理1.1.1膠體簡(jiǎn)介溶膠是一個(gè)多相系統(tǒng)；是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)(要依靠穩(wěn)定劑使其形成離子或分子吸附層，才能得到暫時(shí)的穩(wěn)定)，膠?！卜稚⑾唷炒笮≡?~100nm之間[3]；1.1.2制備膠體的原理：凝膠作用：由于溶劑的作用，使沉淀重新溶解成膠體溶液?；瘜W(xué)凝聚法：通過(guò)化學(xué)反響使生成物呈過(guò)飽和狀態(tài)，然后粒子再膠合成膠粒。1.1.3氫氧化鐵溶膠ζ電勢(shì)的測(cè)定計(jì)算實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)測(cè)定一定外加電場(chǎng)強(qiáng)度下膠粒的電泳速度的方法計(jì)算膠粒的ζ電位。采用界面移動(dòng)法測(cè)膠粒的電泳速率。在電泳儀的兩段極施加電位差E后，在時(shí)間t內(nèi)，如溶膠界面移動(dòng)的距離為d，則膠粒的電泳速率：假設(shè)電極極板經(jīng)過(guò)液體通道的長(zhǎng)度為l，則在兩極間液體的電導(dǎo)率一樣時(shí)，電極間的場(chǎng)強(qiáng)為：膠粒外表的ζ電位可按下式求得：；k是與膠體形狀有關(guān)的常數(shù)〔球型的是5.4*1010V2s2Kg-1m-1，棒型的是3.6*1010V2s2Kg-1m-1)本實(shí)驗(yàn)中氫氧化鐵是棒型。是氫氧化鐵的介質(zhì)的粘度(Pa·s)；是介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)(ln=4.474266-4.54426*10-3T)[1]1.2藥品和儀器DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀(上海精細(xì)科學(xué)儀器)，DYY-2C型電泳儀及U型電泳槽一套〔北京市六一儀器廠〕，半透膜〔美國(guó)進(jìn)口〕，MP-13H恒溫水浴儀。三氯化鐵〔99.0%〕〔AR，天津市大茂化學(xué)試劑廠〕，氯化鉀(99.5%)〔AR，天津市大茂化學(xué)試劑廠〕，硝酸銀〔99.8%〕〔AR，中國(guó)醫(yī)藥〔集團(tuán)〕上?；瘜W(xué)試劑公司〕，氫氧化鈉〔96.0%〕〔AR，天津市秘密歐化學(xué)試劑〕，硫酸鉀〔99.0%〕〔AR，天津市大茂化學(xué)試劑廠〕，鐵氰酸鉀〔99.5%〕〔AR，天津市化學(xué)試劑一廠〕，氯化鈉〔99.5%〕〔AR，哈爾濱永豐化工廠〕，硝酸鉀〔99.0%〕〔天津市大茂化學(xué)試劑廠〕，硫氰酸鉀〔97.18%〕〔AR，浙江省溫州市化學(xué)用料廠〕1.3膠體的制備[1]1.3.1化學(xué)法制備250ml燒杯中放100ml蒸餾水，加熱至沸騰，向其里面滴加5ml10%FeCl3溶液，并不斷攪拌，參加完畢后持續(xù)煮沸幾分鐘，水解后形成氫氧化鐵膠體，其構(gòu)造式為[4]：{[mFe(OH)3·nFeO+·(n-x)Cl-]x+}·xCl-1.3.2溶膠法制備取1ml50%的FeCl3溶液在小燒杯中，加水稀釋到10ml逐漸參加NaOH到稍微過(guò)量，過(guò)濾，用水洗滌數(shù)次，在將沉淀放到另一個(gè)燒杯里，加水20ml，再參加20%的FeCl3約1ml用玻璃棒攪拌，加熱，沉淀消失，形成透明的膠體溶液。1.4膠體的滲析純化〔1〕把制好的膠體放置到半透膜袋里，用線綁住口，分為兩份，一份放在到400ml蒸餾水滲析，并保持溫度在60~70℃，另一份放在400ml蒸餾水中室溫，每半小時(shí)換一次水，并檢驗(yàn)水中是否含有Cl-和Fe3+，直至沒(méi)有Cl-和Fe3+，即參加AgNO3無(wú)明顯沉淀。并記錄2個(gè)燒杯無(wú)明顯沉淀所需時(shí)間。實(shí)驗(yàn)完畢后，將膠體置于去離子水中繼續(xù)滲析，保持每天換水?！?〕電極常數(shù)的標(biāo)定〔25℃0.01mol/dm-3KCl的電導(dǎo)率為1408.3uS/cm〕測(cè)其電導(dǎo)率(應(yīng)在0.6*103us·cm-1以下)，如假設(shè)超過(guò)此值繼續(xù)滲析。1.5膠體性質(zhì)的測(cè)定1.5.1觀察Tydall現(xiàn)象用激光筆將光通過(guò)膠體溶液，在光束前進(jìn)方向相垂直的側(cè)面觀察，觀察是否可以看到一條光亮的“通路〞，如假設(shè)可以觀測(cè)，則制備成功，反之需重新制備。1.5.2輔助溶液的配置用NaCl，KCl分別和去離子水，配置和溶膠電導(dǎo)率和溫度一樣的輔助液?！?〕將Fe(OH)3膠體置于恒溫水浴中，保持溫度在25℃左右，將鉑黑電極插入膠體中測(cè)其電導(dǎo)率，并記錄[5]；〔2〕用100mL燒杯中取適量去離子水置于恒溫水浴中，用膠頭滴管取1mol/LKCl溶液或NaCl溶液，邊滴加邊攪拌，同時(shí)測(cè)其電導(dǎo)率，直到電導(dǎo)率與Fe(OH)3膠體一樣，停頓滴加。1.5.3電泳速度的測(cè)定〔1〕用去離子水清洗電泳儀；〔2〕用少量滲析好的Fe(OH)3膠體潤(rùn)洗電泳儀2至3次；〔3〕從U形管兩側(cè)的管注入電導(dǎo)率與Fe(OH)3膠體一樣的輔助液〔KCl溶液〕，參加的量大概為參加膠體后可沒(méi)過(guò)電極為止；〔4〕在U形管中間位置用膠頭滴管逐滴參加Fe(OH)3膠體，速度控制在1滴/秒；〔5〕將兩鉑電極插入支管內(nèi)并記錄電極間距離(不是水平距離)，并連接電源，開(kāi)啟旋塞使管內(nèi)輔助液等高，然后關(guān)閉小旋塞，翻開(kāi)電源，將電壓分別調(diào)至20V觀察膠體界面移動(dòng)現(xiàn)象及電極外表現(xiàn)象，記錄10min內(nèi)界面移動(dòng)的距離，共記錄30min，假設(shè)在電泳開(kāi)場(chǎng)時(shí)有輕微模糊或者由于電泳儀原因起始讀數(shù)不能準(zhǔn)確，需等到界面穩(wěn)定后開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)；〔6〕反泳，將正負(fù)極對(duì)調(diào)，重復(fù)上述步驟，記錄界面移動(dòng)距離；記錄3次實(shí)驗(yàn)值，取其平均值；〔7〕在40V、60V、80V、100V電壓下再進(jìn)展上述操作，如假設(shè)膠體發(fā)生聚沉現(xiàn)象，則需重新注入膠體和緩沖液。1.6聚沉值的測(cè)定用移液管在7個(gè)干凈的錐形瓶各注入1ml的氫氧化鐵膠體，然后參加不同濃度梯度的KCl、K2SO4和K3Fe(CN)6，在開(kāi)場(chǎng)有明顯的聚沉物出現(xiàn)時(shí)，停頓參加，記錄所用的電解質(zhì)的體積[7]。2、結(jié)果與討論

2.1兩種方法制備膠體對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響表1化學(xué)法和溶膠法制備膠體的比較方法化學(xué)法溶膠法條件加熱常溫所需藥品10%FeCl320%FeCl3，NaOHTydall現(xiàn)象明顯不明顯由表1可知兩種方法，化學(xué)法較好，原因是與溶膠法相比較所需藥品少，并且，溶膠法生成沉淀，需要洗滌沉淀數(shù)次才可將堿洗凈，然后才可制備出膠體。2.2膠體滲析溫度與時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響表2溫度對(duì)膠體純化的影響溫度60~70℃室溫用硝酸銀檢測(cè)無(wú)沉淀所需時(shí)間短長(zhǎng)表3時(shí)間對(duì)膠體電導(dǎo)率的影響時(shí)間3d7d11d電導(dǎo)率/us·cm-147.621.4出現(xiàn)聚沉現(xiàn)象由表2和表3可知提高溫度可加快滲析速度，滲析時(shí)間越久純化效果越好，但是時(shí)間也不能太久，長(zhǎng)時(shí)期滲析可以使帶正電荷的氫氧化鐵溶膠失掉電荷而聚沉。2.3.輔助液的選擇與其電導(dǎo)率對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響表4不同輔助液對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響輔助液種類NaClKCl實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象界面模糊界面較清晰表5不同電導(dǎo)率對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響與Fe(OH)3膠體電導(dǎo)率一樣與Fe(OH)3膠體電導(dǎo)率不同界面清晰界面模糊由表4和表5可知選擇溶液作為KNO3輔助液，并且輔助液的電導(dǎo)率與Fe(OH)3膠體一樣最好，其原因是因?yàn)镵+(7.62*108m2·V-1·s-1)與Cl-(7.91*108m2·V-1·s-1)的離子遷移數(shù)率[3]相差不大，所以作為輔助液最好。2.4電泳電壓對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響表6不同時(shí)間內(nèi)的移動(dòng)距離測(cè)定時(shí)間電壓/V10min/cm20min/cm30min/cm200.30.71.2400.51.01.6601.12.02.7801.42.53.21001.62.94.3*實(shí)驗(yàn)條件：溫度：18.5℃，大氣壓：100.72KPa；表中每個(gè)電壓下都是測(cè)量三次取平均值表7不同電壓下膠體的電泳速度E/VL/cmd/cmv/m*s-1H/V*m-1ζ/mV電泳界面2022.51.26.6667*10-788.8956.48模糊4024.11.68.8889*10-7165.9840.33較清晰6024.62.71.5000*10-6243.9046.32清晰8024.23.21.7778*10-6330.5840.50較清晰，有少量聚沉10022.64.32.3889*10-6442.4840.33聚沉現(xiàn)象明顯*實(shí)驗(yàn)條件：溫度：18.5℃，大氣壓：100.72KPa實(shí)驗(yàn)時(shí)間均為30min〔1800s〕；是8.065F/m；是1.0559*10-3Pa·s[5]；由表6、表7和圖1，可知，在溫度為18.5℃、100.72KPa下，電壓選用60V測(cè)定ζ電位與理論值最接近，根據(jù)公式可知E越大，電泳速率越大，電壓太小會(huì)導(dǎo)致電泳速率較慢，界面也不清晰平整，所以與理論值有差距；反之電壓過(guò)大，陰極產(chǎn)生氣體速率會(huì)加快，電流熱效應(yīng)增大，并且膠體的發(fā)散、凝膠作用增強(qiáng)，發(fā)生聚沉現(xiàn)象，電泳速率和實(shí)驗(yàn)效果并不理想。本文認(rèn)為電壓適宜在60V左右，現(xiàn)象明顯且接近理論值[6]。2.5不同價(jià)態(tài)離子對(duì)Fe(OH)3膠體的聚沉值表8不同價(jià)態(tài)離子的聚沉值編號(hào)1234567KCl有有無(wú)K2SO4有有有有無(wú)K3Fe(CN)6有有有有有有無(wú)*其中編號(hào)1為1mol/dm3，10ml；編號(hào)2為從1中去1ml，稀釋至10ml；以此稀釋至編號(hào)7。有表示有沉淀，無(wú)為沒(méi)有沉淀。根據(jù)表7可知K3Fe(CN)6的聚沉所需濃度最小，即聚沉能力最大，K2SO4次之，最小為KCl，由于時(shí)間原因，并沒(méi)有準(zhǔn)確的測(cè)定聚沉臨界濃度，理論上可以根據(jù)Schulze-Hardy〔舒爾茨-哈代〕規(guī)則[4]，聚沉值與膠粒電性相反的異電性離子價(jià)數(shù)的六次方成反比。簡(jiǎn)而言之，就是異電性離子的價(jià)數(shù)愈高，聚沉能力愈大。3、結(jié)論通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，確定了利用化學(xué)法制備膠體，即將FeCl3溶液滴加至沸水中，并不斷攪拌，且保持持續(xù)沸騰；然后在溫度為60到70℃滲析純化，時(shí)間控制在1周左右；選用KCl溶液作為輔助液，并且要求電導(dǎo)率與膠體電導(dǎo)率一樣；電壓控制在60V左右，進(jìn)展Fe(OH)3膠體的電泳實(shí)驗(yàn)，效果最好；并且異電性離子的價(jià)數(shù)愈高，聚沉能力愈大。4、個(gè)人體會(huì)xx：沒(méi)有了無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的繽紛多彩，沒(méi)有了分析實(shí)驗(yàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)，沒(méi)有了有機(jī)實(shí)驗(yàn)的氣味“芬芳〞，這次的物理化學(xué)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)終于在規(guī)定時(shí)間內(nèi)愉快完成。俗話說(shuō)，紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。相比以前課堂上短暫的照本宣科的實(shí)驗(yàn)，這次實(shí)驗(yàn)完全是在自己搜索資料、配置藥品、調(diào)試儀器的情況下完成的，所收獲相比以前的實(shí)驗(yàn)多的不是一星半點(diǎn)。通過(guò)收集資料，查閱書(shū)籍，我了解到對(duì)于一個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)不住都是關(guān)鍵，一不注意的攪拌不充分，膠體可能就制備不成功；滴加速度過(guò)快，電泳時(shí)界面就有可能模糊。電壓等其他條件都對(duì)實(shí)驗(yàn)有著很大的影響，隨便改變其中的一個(gè)，都會(huì)有著不同的效果，當(dāng)了解到這些的時(shí)候，我深深的覺(jué)得這個(gè)實(shí)驗(yàn)并不是和題目中那樣僅僅是制備和電泳那么簡(jiǎn)單，需要的是全心全意的去思考某些東西，才可以完成此次試驗(yàn)，比方電極常數(shù)的標(biāo)定，需要配置標(biāo)準(zhǔn)溶液等很多方面；這次實(shí)驗(yàn)真是讓我體會(huì)到“欲速則不達(dá)〞，剛開(kāi)場(chǎng)的滲析，因?yàn)橹比プ鲭娪?，所以滲析時(shí)間很短，僅僅是測(cè)定了氯離子的濃度，然后好幾次都是因?yàn)槟z體純化的不好，在電泳期間，發(fā)生了聚沉現(xiàn)象。所以，實(shí)驗(yàn)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模荒芤驗(yàn)橄肟禳c(diǎn)做出東西而忽略實(shí)驗(yàn)過(guò)程的必要性。還有在裝電泳管時(shí)，也是因?yàn)樾募?，在向管?nèi)滴加膠體時(shí)，滴加速度過(guò)快，導(dǎo)致膠體擴(kuò)散，界面很模糊，然后又是重新裝管，所需的時(shí)間并不比一次性認(rèn)真裝管所需的時(shí)間少，讓我明白實(shí)驗(yàn)一定得仔細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)。在實(shí)驗(yàn)中，有實(shí)驗(yàn)失敗時(shí)的沮喪，也有實(shí)驗(yàn)成功的喜悅，這對(duì)于我來(lái)說(shuō)是一次很深的記憶，以后還要做畢業(yè)論文，這次實(shí)驗(yàn)，無(wú)疑是一次珍貴的經(jīng)歷。還有這次實(shí)驗(yàn)由于時(shí)間的原因，每次方法都做了很少的次數(shù)，而得到的數(shù)據(jù)肯定不是很準(zhǔn)確，所以假設(shè)以后可以從事科學(xué)研究，一定不能這樣，必須保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，才能確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。最后，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌瓿桑x不開(kāi)李教師、賈老師和白教師的指導(dǎo)和同伴的共同努力，在此對(duì)于他們的幫助表示由衷感謝。xx：這是我第三次做創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)了，從第一次的甲基橙得制備到第二次的可見(jiàn)光下對(duì)硝基苯復(fù)原反響的研究，到這一次膠體的制備和電泳。我覺(jué)得我真是有了一個(gè)很大的進(jìn)步。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是自己設(shè)計(jì)然后自己進(jìn)展的實(shí)驗(yàn)，在之前有教師指點(diǎn)的情況下，我都不能十分順利的完成實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在沒(méi)有教師的指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)更是遇到了很多的困難，這就反映出了我的問(wèn)題和缺乏，不夠耐心不夠仔細(xì)，對(duì)問(wèn)題的考慮沒(méi)有前瞻性，不過(guò)我還學(xué)到了更重要的事情，那就是團(tuán)隊(duì)合作，我們?nèi)齻€(gè)人互相幫助，互相提出問(wèn)題并且解決，讓我覺(jué)得團(tuán)隊(duì)是成功不可缺少的重要局部。膠體的制備讓我溫故知新，用到了丁達(dá)爾現(xiàn)