氫氧化鐵溶膠的電泳

氫氧化鐵溶膠的電泳2023/8/23第1頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月一、實驗?zāi)康囊笳莆针娪痉y定Fe(OH)3溶膠電動電勢的原理和方法。掌握Fe(OH)3溶膠的制備及純化方法。明確求算ζ公式中各物理量的意義。2023/8/23第2頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理1、溶膠的制備溶膠的制備方法可分為分散法和凝聚法。分散法是用適當(dāng)方法把較大的物質(zhì)顆粒變?yōu)槟z體大小的質(zhì)點；凝聚法是先制成難溶物的分子(或離子)的過飽和溶液，再使之相互結(jié)合成膠體粒子而得到溶膠。Fe(OH)3溶膠的制備就是采用的化學(xué)法即通過化學(xué)反應(yīng)使生成物呈過飽和狀態(tài)，然后粒子再結(jié)合成溶膠。2023/8/23第3頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理2、溶膠的純化

制成的膠體體系中常有其它雜質(zhì)存在，而影響其穩(wěn)定性，因此必須純化。常用的純化方法是半透膜滲析法。{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-

Cl-:用1%AgNO3溶液檢查是否存在

Fe3+:用1%KCNS溶液檢查是否存在2023/8/23第4頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理3、電動電勢（ζ）當(dāng)固體與液體接觸時，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進(jìn)入溶液，以致使固液兩相分別帶有不同符號的電荷，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。

對于雙電層的具體結(jié)構(gòu)，一百多年來不同學(xué)者提出了不同的看法。最早于1879年Helmholz提出平板型模型；1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了擴(kuò)散雙電層模型；后來Stern又提出了Stern模型。2023/8/23第5頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理

Gouy和Chapman認(rèn)為，由于正、負(fù)離子靜電吸引

和熱運(yùn)動兩種效應(yīng)的結(jié)果，溶液中的反離子只有一部

分緊密地排在固體表面附近，相距約一、二個離子厚

度稱為緊密層；另一部分離子按一定的濃度梯度擴(kuò)散到本體溶液中，離子的分布可用玻茲曼公式表示，稱為擴(kuò)散層。雙電層由緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成。移動的切動面為AB面。2023/8/23第6頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理2023/8/23第7頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理

Stern對擴(kuò)散雙電層模型作進(jìn)一步修正。他認(rèn)為吸附在固體表面的緊密層約有一、二個分子層的厚度，后被稱為Stern層；由反號離子電性中心構(gòu)成的平面稱為Stern平面。2023/8/23第8頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理由于離子的溶劑化作用，膠粒在移動時，緊密層會結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動，所以滑移的切動面由比Stern層略右的曲線表示。從固體表面到Stern平面，電位從

0直線下降為

。2023/8/23第9頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理在Stern模型中，帶有溶劑化層的滑移界面與溶液之間的電位差稱為電位。電動電勢亦稱為

電勢。在擴(kuò)散雙電層模型中，切動面AB與溶液本體之間的電位差為電位；電位總是比熱力學(xué)電位低，外加電解質(zhì)會使電位變小甚至改變符號。只有在質(zhì)點移動時才顯示出電位，所以又稱電動電勢。帶電的固體或膠粒在移動時，移動的切動面與液體本體之間的電位差稱為電動電勢。2023/8/23第10頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理4、電動電勢（ζ）測定方法宏觀法:測定溶膠與另一不含膠拉的無色導(dǎo)電溶液(輔助液)所形成的界面在電場中的移動速率.微觀法:直接觀測單個膠粒在電場中的運(yùn)動速率.本實驗采用宏觀法測定電動電勢（ζ）2023/8/23第11頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理

在Ｕ型電泳管下部裝入一定量的Ｆe(OH)3溶膠，然后在溶膠上面小心加入電導(dǎo)率與溶膠相等的輔助液．使溶膠與輔助液之間形成清晰的界面2023/8/23第12頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理

在Ｕ型管兩端各插入一支電極于輔助液中，電極按極性分別接在電泳儀的接線柱上，通電之后，即可看到界面發(fā)生了移動，界面移動速率u

與ζ電勢有如下關(guān)系：

Ｋ－與膠體形狀有關(guān)的常數(shù)，對于圓形柱粒子Ｋ＝４，對于球形粒子Ｋ＝６，對Ｆe(OH)3溶膠Ｋ＝４2023/8/23第13頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理π－圓周率η－介質(zhì)的粘度(Pa.s),1Pa=1N.m-2；水的粘度查《實驗化學(xué)》下冊附錄十七ε-介質(zhì)的介電常數(shù)(F.m-1),1F.m-1=1N.V-2

水的介電常數(shù)計算如下：Ｅ－電勢梯度(V.m-1)μ－界面移動速率(m.s-1)φ－兩電極間的電勢差(V)d－兩電極間的距離(m)s－界面移動的距離(m)l－界面移動Ｓ距離所需要的時間(s)2023/8/23第14頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理2023/8/23第15頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗原理2023/8/23第16頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月三、儀器與試劑電泳儀1臺；U型電泳管1個；電導(dǎo)率儀1臺；鉑電極2支；秒表1塊；電爐1個；錐形瓶(250ml,１只)；燒杯(500ml，3只；1000ml，１只)；500ml容量瓶４只0.5mol.L-1FeCl3,0.05mol.L-1AgNO3,0.01mol.L-1KCl,0.01mol.L-1KSCN,飽和CuCl22023/8/23第17頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗操作步驟1.Fe(OH)3溶膠的制備及純化

(1)半透膜的制備

在一個內(nèi)壁潔凈、干燥的250mL錐形瓶中，加入約10mL火棉膠液，小心轉(zhuǎn)動錐形瓶，使火棉膠液粘附在錐形瓶內(nèi)壁上形成均勻薄層，傾出多余的火棉膠于回收瓶中。此時錐形瓶仍需倒置，并不斷旋轉(zhuǎn)，待剩余的火棉膠流盡，使瓶中的乙醚蒸發(fā)至已聞不出氣味為止(此時用手輕觸火棉膠膜，已不粘手)。然后再往瓶中注滿水，(若乙醚未蒸發(fā)完全，加水過早，則半透膜發(fā)白)浸泡10min。倒出瓶中的水，小心用手分開膜與瓶壁之間隙。慢慢注水于夾層中，使膜脫離瓶壁，輕輕取出，在膜袋中注入水，觀察有否漏洞。制好的半透膜不用時，要浸放在蒸餾水中。2023/8/23第18頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗操作步驟將2０0mL蒸餾水盛入400mL燒杯中煮沸，然后邊攪拌邊慢慢滴加10mL0.5mol.L-1FeCl3溶液，并不斷攪拌。加畢繼續(xù)保持沸騰5min，即可得到紅棕色的Fe(OH)3溶膠，其結(jié)構(gòu)式可表示為{［Fe(OH)3］m

nFeO+(n－x)Cl-}x+xCl-。在膠體體系中存在過量的H+、Cl-等離子需要除去。（2）水解法制備Fe(OH)3溶膠2023/8/23第19頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗操作步驟

將制得的Fe(OH)3溶膠，注入半透膜內(nèi)用線拴住袋口，置于800mL的清潔燒杯中，杯中加蒸餾水約300mL，維持溫度在60℃左右，進(jìn)行滲析。每20min換一次蒸餾水，4次后取出1mL滲析水，分別用1%AgNO3及1%KCNS溶液檢查是否存在Cl-及Fe3+，如果仍存在，應(yīng)繼續(xù)換水滲析，直到檢查不出為止，將純化過的Fe(OH)3溶膠移入一清潔干燥的100mL小燒杯中待用。（3）熱滲析法純化Fe(OH)3溶膠2023/8/23第20頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗操作步驟２.KCl輔助液的制備將適量純化后的Fe(OH)3溶膠裝入50mL干燥的燒杯中，測定其在室溫下的電導(dǎo)率，然后在一燒杯中加入200mL蒸餾水，插入電導(dǎo)電極，邊攪拌邊緩慢滴加0.01mol.L-1KCl溶液，并同時測定其電導(dǎo)率，直至電導(dǎo)率與Fe(OH)3溶膠的電導(dǎo)率相等為止．2023/8/23第21頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗操作步驟3.儀器的安裝

用蒸餾水洗凈電泳管后，再用少量溶膠洗一次，將滲析好的Fe(OH)3溶膠倒入電泳管中，使液面超過活塞(2)、(3)。關(guān)閉這兩個活塞，把電泳管倒置，將多余的溶膠倒凈，并用蒸餾水洗凈活塞(2)、(3)以上的管壁。打開活塞(1)，用自己配制的KCl溶液沖洗一次后，再加入該溶液，并超過活塞(1)少許。插入鉑電極按裝置圖所示連接好線路。2023/8/23第22頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗操作步驟4.溶膠電泳速度的測定

接通直流穩(wěn)壓電源6，迅速調(diào)節(jié)輸出電壓為100V。關(guān)閉活塞(1)，同時打開活塞(2)和(3)，并同時記時和準(zhǔn)確記下溶膠在電泳管中液面位置，觀察溶膠面移動現(xiàn)象及電極表面現(xiàn)象。記錄30min內(nèi)界面移動的距離（每隔5分鐘，測量一次）,記下準(zhǔn)確的通電時間t和溶膠面上升的距離l，從伏特計上讀取電壓E，并且量取兩極之間的距離d。實驗結(jié)束后，折除線路。用自來水洗電泳管多次，最后用蒸餾水洗一次。2023/8/23第23頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月五、數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果處理將實驗數(shù)據(jù)記錄如下：電泳時間：s；電壓：V；兩電極間距離：cm；溶膠液面移動距離：cm。2.將數(shù)據(jù)代入公式計算ζ電勢。2023/8/23第24頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月六、注意事項1、半透膜制備：一定要使整個錐形瓶的內(nèi)壁上均勻地附著一層火棉膠液，在取出半透膜時，一定要借助水的浮力將膜托出。2、Fe(OH)3溶膠制備：FeCl3一定要逐滴加入，并不斷攪拌。3、Fe(OH)3溶膠純化時，換水后要滲析一段時間再檢查Fe3+及Cl-的存在。4、電泳過程中要保持界面清晰（減少電泳管晃動）。5、量取兩電極的距離時，要沿電泳管的中心線量取。

2023/8/23第25頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月七、思考題本實驗中所用的稀鹽酸溶液的電導(dǎo)為什么必須和所測溶膠的電導(dǎo)率相等或盡量接近？2.電泳的速度與哪些因素有關(guān)？3.在電泳測定中如不用輔助液體，把兩電極直接插入溶膠中會發(fā)生什么現(xiàn)象？4.溶膠膠粒帶何種符號的電荷？為什么它會帶此種符號的電荷？

2023/8/23第26頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月八、參考資料1、《物理化學(xué)實驗》，（1990年第二版）山東大學(xué)等校編。2、《物理化學(xué)實驗》，（2004年第三版）復(fù)旦大學(xué)編。3、《物理化學(xué)實驗》，（2000年第二版）南京大學(xué)編。4、網(wǎng)上資料5、物理化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)2023/8/23第27頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月水在不同溫度下的折射率、粘度和介電常數(shù)溫度/℃折射率nD粘度/103η/kg·m-1·s-1介電常數(shù)ε05101517192021222324252627282930354045501.333951.333881.333691.333391.333241.333071.333001.332901.332801.332711.332611.332501.332401.332291.332171.332061.331941.331311.330611.329851.329041.77021.51081.30391.13741.08281.02991.00190.97640.95320.93100.91000.89030.87030.85120.83280.81450.79730.71900.65260.59720.546887.7485.7683.8381.9580.1079.7379.3879.0278.6578.3077.9477.6077.2476.9076.5574.8373.1571.5169.91粘度單位：每平方米秒牛頓，即N·s·m-2或kg·m-1·s-1或Pa·s(帕·秒)摘自：JohnADean.Lange’sHandbookofChemistry.1985：10～992023/8/23第28頁