中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)原理2 應(yīng)用物理化學(xué) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 溶膠的制備與電泳+21

溶膠的制備與電泳一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會溶膠制備的基本原理，并掌握溶膠制備的主要方法。2.利用界面電泳法測定AgI溶膠的電動電位。二、實(shí)驗(yàn)原理溶膠是溶解度極小的固體在液體中高度分散所形成的膠態(tài)體系，其顆粒直徑變動在范圍。1.溶膠制備要制備出穩(wěn)定的溶膠一般需滿足兩個條件：固體分散相的質(zhì)點(diǎn)大小必須在膠體分度的范圍內(nèi)；固體分散質(zhì)點(diǎn)在液體介質(zhì)中要保持分散不聚結(jié)，為此，一般需要加穩(wěn)定劑。制備溶膠原則上有兩種方法：將大塊固體分割到膠體分散度的大小，此法稱為分散法；使小分子或粒子聚集成膠體大小，此法稱為凝聚法。(1)分散法分散法主要有3種方式，即機(jī)械研磨、超聲分散和膠溶分散。①研磨法：常用的設(shè)備主要有膠體磨和球磨機(jī)等。膠體磨由兩片靠得很近的盤或磨刀，均由堅(jiān)硬耐磨的合金或碳化硅制成。當(dāng)上下兩磨盤以高速反向轉(zhuǎn)動時（轉(zhuǎn)速約5000－10000rpm），粗粒子就被磨細(xì)。在機(jī)械磨中膠體研磨的效率較高，但一般只能將質(zhì)點(diǎn)磨細(xì)到1um左右。②超聲分散法；頻率高于16000Hz的聲波稱為超聲波，高頻率的超聲波傳入介質(zhì)，在介質(zhì)中產(chǎn)生相同頻率的疏密交替，對分散相產(chǎn)生很大的撕碎力，從而達(dá)到分散效果。此法操作簡單，效率高，經(jīng)常用作膠體分散及乳狀液制備。③膠溶法：膠溶法是把暫時聚集在一起的膠體粒子重新分散而成溶膠。例如，氫氧化鐵、氫氧化鋁等的沉淀實(shí)際上是膠體質(zhì)點(diǎn)的聚集體，由于制備時缺少穩(wěn)定劑，故膠體質(zhì)點(diǎn)聚在一起而沉淀。此時若加入少量的電解質(zhì)，膠體質(zhì)點(diǎn)因吸附離子而帶電，沉淀就會在適當(dāng)?shù)臄嚢柘轮匦路稚⒊赡z體。有時質(zhì)點(diǎn)聚集成沉淀是因?yàn)殡娊赓|(zhì)過多，設(shè)法洗去過量的電解質(zhì)也會使沉淀轉(zhuǎn)化成溶膠。利用這些方法使沉淀轉(zhuǎn)化成溶膠的過程成為膠溶作用。膠溶作用只能用于新鮮的沉淀。若沉淀放置過久，小粒經(jīng)過老化，出現(xiàn)粒子間的連接或變化成大的粒子，就不能利用膠溶作用來達(dá)到重新分散的目的。(2)凝聚法主要有化學(xué)反應(yīng)法及更換介質(zhì)法，此法的基本原則是形成分子分散的過飽和溶液，控制條件，使形成的不溶物顆粒大小在溶膠分散度內(nèi)。此法與分散度相比不僅在能量上有限，而且可以制成高分散度的膠體。①化學(xué)反應(yīng)法：凡能形成不溶物的復(fù)分解反應(yīng)、水化反應(yīng)以及氧化還原反應(yīng)等皆可用來制備溶膠。由于離子的濃度對膠體的穩(wěn)定性有直接的影響，在制備溶膠時要注意控制電解質(zhì)的濃度。②改換介質(zhì)法：此法系利用同一物質(zhì)在不同溶劑中溶解度相差懸殊的特性，使溶解于良溶劑中的溶質(zhì)，在加入不良溶劑后，因其溶解度下降而以膠體粒子的大小析出，形成溶膠。此法作溶膠方法簡便，但得到的溶膠粒子不太細(xì)。2.溶膠的電泳在電場的作用下，膠體粒子向正極或負(fù)極移動的現(xiàn)象叫電泳。電泳現(xiàn)象粒子的帶電性。膠體粒子帶電是因?yàn)樵谄渲車纬闪藬U(kuò)散雙電層。按對固體的關(guān)系，擴(kuò)散雙電層離子可沿滑動面分為吸附層離子和擴(kuò)散層離子兩部分，使固體表面和分散介質(zhì)之間有電勢差，即電勢。電勢的大小可通過電泳試驗(yàn)測得。在外電場的作用下，根據(jù)膠體粒子的相對運(yùn)動速度計(jì)算電勢的基本是式中:——膠體粒子的電動電勢（）；——介質(zhì)的動力粘度（）；——溶膠界面移動的距離（）；——兩電極之間的距離（）；——介電常數(shù)（）；——兩極間的電位差（）；——電泳進(jìn)行的時間（）；利用電泳測定電動勢有宏觀法和微觀法：宏觀法是觀察在電泳管內(nèi)溶膠與輔助液間界面在電場作用下的移動速度；微觀法借助于超顯微鏡觀察單個膠體粒子在電場作用下的移動速度。本試驗(yàn)用宏觀法測定，如圖1所示。112345圖1電泳管示意圖1.電極；2.輔助液；3.界面；4.溶膠5.活塞三、儀器與藥品1．儀器電泳儀，電導(dǎo)率儀，電爐，秒表，電極2支，100mL燒杯2個，50mL、150mL、250mL、500mL、燒杯各1個，滴定管2個，滴管1個，10mL量筒2個，250mL量筒1個，100mL、500mL錐形瓶各2個，試管2支，漏斗2個，洗瓶1個。2．藥品20%FeCl3,3%FeCl3,0.02mol/LAgNO3,0.02mol/LKI,0.1mol/LAgNO3,10%NH3,水,0.01mol/LKCl,2%松香乙醇溶液，火棉膠。四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）溶膠的制備1.膠溶法氫氧化鐵溶膠的制備：取10毫升20%氯化鐵放在小燒杯中，加水稀釋到100毫升然后用滴管逐滴加入10%氨水到稍微過量為止。過濾生成的氫氧化鐵沉淀，用蒸餾水洗滌數(shù)次。將沉淀放入一燒杯中，加10毫升蒸餾水，再用滴管滴加約10滴20%氯化鐵溶液，并用小火加熱，最后得到棕紅色透明的氫氧化鐵溶膠。2．改換介質(zhì)法松香溶膠的制備：配制2%的松香乙醇溶液，用滴管將溶液逐滴滴入到盛有蒸餾水的燒杯中，同時劇烈攪拌，可得到半透明的溶膠。如果發(fā)現(xiàn)有較大的質(zhì)點(diǎn)，需將溶膠再過濾一次。3．化學(xué)反應(yīng)法（1）氫氧化鐵的溶膠制備：再一個250mL的燒杯中加入150mL蒸餾水并加熱至沸騰，在不斷攪拌下滴加8毫升3%的氯化鐵溶液，溶液變成暗棕紅色的氫氧化鐵膠體。然后對此溶膠進(jìn)行滲析，除去多余的電解質(zhì)。滲析的方法是按下列步驟先做一個滲析用的火棉膠袋：將一個500毫升的錐形瓶洗凈烘干，將火棉膠液倒入錐形瓶中，傾斜錐形瓶并慢慢的移動，使錐形瓶內(nèi)均勻地涂上一層膠液，然后倒出火棉膠。當(dāng)火棉膠干后，將瓶口的膠膜剝離開一小部分。從此剝離口慢慢的加入蒸餾水，膠帶逐漸與瓶壁剝離，取出膠袋，再蒸餾水中浸泡數(shù)小時。將上面制備的氫氧化鐵溶膠倒入火棉膠袋，并懸掛在盛有蒸餾水的大燒杯中，每小時換一次蒸餾水，直到用0.1mol/L硝酸銀溶液檢驗(yàn)無氯滲析便可結(jié)束。（2）碘化銀溶膠的制備：在兩個錐形瓶中分別準(zhǔn)確的加入5mL0.02mol/LKI和0.02mol/L硝酸銀溶液，在盛有KI溶液的瓶中在攪拌下再準(zhǔn)確地滴加4.5mL0.02mol/L硝酸銀溶液。在另一盛有硝酸銀溶液的瓶中再準(zhǔn)確的滴加4.5ml0.02mol/LKI溶液。觀察兩錐形瓶中AgI溶膠透射光及散射光顏色。（二）AgI溶膠的電泳1.AgI負(fù)溶膠的制備在400ml的燒杯中加入100ml0.01mol/L的K溶液，攪拌下用滴定管加入95ml0.01mol/L的AgNO3溶液即制的AgI負(fù)溶膠2.輔助液的制備先測定溶膠的電導(dǎo)率。用少量溶膠將試管及電導(dǎo)率池洗3次，在試管中加入適量溶膠，插入導(dǎo)電池，測定室溫下溶膠電導(dǎo)率。向0.01mol/LKI溶液中加蒸餾水至其電導(dǎo)率與溶膠相同，本實(shí)驗(yàn)用的輔助液是濃度約為0.005mol/L的KCl。3.電勢的測定（1）仔細(xì)洗凈電泳管，檢查活塞是否潤滑良好，且不漏。用少量已配好的AgI溶膠將電泳管的漏斗至活塞的支管洗一遍。用滴管由漏斗加入少量溶膠，使活塞孔內(nèi)充滿溶膠，迅速關(guān)閉活塞。用輔助液洗滌U型管部分?；钊陨先粲腥苣z也應(yīng)洗去。（2）關(guān)閉電泳管活塞，將電泳管垂直固定在鐵架臺支架上。（3）用膠頭滴管由漏斗向電泳管中加入值得的溶膠至漏斗細(xì)支管頂部，然后倒入燒杯中剩于的溶膠。（4）用燒杯取一定量的KCl輔助液，沿U型管倒入電泳管。若使用長電極，則將輔助液倒入U(xiǎn)型管至刻度4;若使用短電極，則將輔助液倒入U(xiǎn)型管至刻度9。（5）將黑色擋板放在U型管后，慢慢打開活塞使溶膠慢慢上升。注意，不要全部打開，一定要慢，否則得不到清晰的溶膠界面。至溶膠上升至刻度線0時，關(guān)閉活塞。（6）將兩個電極輕輕插入電泳管的U型管中。整個過程注意保持平穩(wěn)，不使電泳管受振動。（7）將電泳儀電泳儀電源開扳下（關(guān)），將輸出調(diào)節(jié)旋鈕反時針方向旋至輸出電壓最小位置，接好電源線，，做好開機(jī)準(zhǔn)備。將兩電極引線接在電泳儀上，將電泳儀電源開關(guān)扳上（開），指示燈亮，預(yù)熱5分鐘后，調(diào)節(jié)輸出旋鈕到電壓指示為150V。按電泳儀的開始按鈕，同時計(jì)時，指示燈顯示為R。注意:由于電泳儀輸出電壓較高，在通電過程中不要接觸電極，否則有觸電危險(xiǎn)。（8）觀察溶膠上升界面清晰后，用秒表測量界面上升0.5、1.0、1.5cm所需時間。測量完畢，按電泳儀的停止按鈕，指示燈滅。拆下電極引線，卸下電泳管，將管內(nèi)的液體倒入指定的廢液杯中。（9）用鋼尺仔細(xì)量出U型管的距離，減去U型管的兩個半徑，即為兩電極之間的距離。（10）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，洗凈使用過的所有玻璃儀器。將藥品和儀器放回原處。五、結(jié)果處理1.總結(jié)溶膠的制備方法制備溶膠有兩種方法：將大塊固體分割到膠體分散度的大小，此法稱為分散法；使小分子或粒子聚集成膠體大小，此法稱為凝聚法。（1）分散法分散法主要有3種方式，即機(jī)械研磨、超聲分散和溶膠分散。①研磨法：常用的設(shè)備主要有膠體磨和球磨機(jī)等。膠體磨由兩片靠得很近的盤或磨刀，均由堅(jiān)硬耐磨的合金或碳化硅制成。當(dāng)上下兩磨盤以高速反向轉(zhuǎn)動時，粗粒子就被磨細(xì)。②超聲分散法：頻率高于16000Hz的聲波稱為超聲波，高頻率的超聲波傳入介質(zhì)，在介質(zhì)中產(chǎn)生相同頻率的疏密交替，對分散相產(chǎn)生很大的撕碎力，從而達(dá)到分散效果。③膠溶法：膠溶法是把暫時聚集在一起的膠體粒子重新分散而成溶膠。（2）凝聚法主要有化學(xué)反應(yīng)法及更換介質(zhì)法，此法的基本原則是形成分子分散的過飽和溶液，控制條件，使形成的不溶物顆粒大小在溶膠分散度內(nèi)。此法與分散度相比不僅在能量上有限，而且可以制成高分散度的膠體。①化學(xué)反應(yīng)法：凡能形成不溶物的復(fù)分解反應(yīng)，水化反應(yīng)以及氧化還原反應(yīng)等皆可用來制備溶膠。由于離子的濃度對膠體的穩(wěn)定性有直接的影響，在制備溶膠時要注意控制電解質(zhì)的濃度。②改換介質(zhì)法：此法系利用同一物質(zhì)在不同溶劑中溶解度相差懸殊的特性，使溶解于良溶劑中的溶質(zhì)，在加入不良溶劑后，因其溶解度下降而以膠體粒子的大小析出，形成溶膠。此法作溶膠方法簡便，但得到的溶膠粒子不太細(xì)。2.計(jì)算AgI負(fù)溶膠的電勢，并取平均值（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)電壓：200V 實(shí)溫：18.9 :9.10cm表1移動長度與時間記錄表d0(cm)d(cm)t(min)0.00.53’221.06’461.510’06（2）查表得各參數(shù)在19時，水的粘度，在18時，水的粘度則時水的粘度近似為：在18時，水的介電常數(shù)，在20時，水的介電常數(shù)，則18.9時水的介電常數(shù)近似為：（3）計(jì)算電勢差表2計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)表d0(cm)d(cm)η(Pa?s)l(m)d(m)ε(F/m)t(s)v(V)ξ/V0.00.50.09100.0052022000.016260.01.00.09100.0104062000.016180.01.50.09100.0156062000.01626六、思考題1.試比較不同溶膠的制備方法有什么共同點(diǎn)和不同點(diǎn)？（1）共同點(diǎn)：不同溶膠的制備方法均服從以下兩點(diǎn)：a.分散系中的分散質(zhì)分散不聚結(jié)b.分散質(zhì)的顆粒直徑在1nm~100nm之間（2）不同點(diǎn)：分散法是將大于膠體范圍的物體分散成膠體分散質(zhì)大??；而聚集法則是將小于膠體范圍的物質(zhì)聚集成膠體分散質(zhì)大小。分散法中，研磨法適用于脆而易碎的物體，超聲分散法適用于膠體分散和乳狀液制備，膠溶法適用于新縣沉淀，若沉淀放置過久則不實(shí)用；凝聚法中，化學(xué)反應(yīng)法適用于能形成不容物的復(fù)分解反應(yīng)、水解反應(yīng)等來制備溶膠，改換介質(zhì)法適用同一物質(zhì)在不同的溶劑中溶解度相差懸殊的物質(zhì)。2.為什么要求輔助液與溶膠的電導(dǎo)率相同？這對計(jì)算電動電勢有什么作用。測量電勢時，電勢與介質(zhì)的電導(dǎo)率關(guān)系較大。若輔助液與溶液的電導(dǎo)率不同，勢必會導(dǎo)致輔助液與溶液的電導(dǎo)率不同，導(dǎo)致其移動速度不一致，使得界面模糊，影響