物理化學(xué)實驗：膠體制備和電泳

PAGE=2\*GB3②由液體的介電常數(shù)（0~45C）：lnt=4.4742684.54420103t,粘度等計算電位。(2)文獻值：氫氧化鐵溶膠=+0.044V，硫化亞砷溶膠=0.032V，學(xué)生測值誤差要求：0.005V6．點評實驗關(guān)鍵=1\*GB3①用2~5%FeCl3溶液水解制備Fe(OH)3溶膠時，F(xiàn)eCl3溶液應(yīng)逐滴加入到沸騰的蒸餾水中并不斷攪拌，加完后根據(jù)情況可適當延長煮沸時間，制得的溶膠不能長時間存放，若底部有沉淀物應(yīng)除去。用火棉膠制作半透膜，滲析1~2天，其間需經(jīng)常換蒸餾水。熱滲析可加快滲析過程。還可配合加脲素，縮短滲析時間。不過，滲析也宜適當，滲析過分，沒有足夠量的反離子保障膠體的電學(xué)穩(wěn)定性，溶膠反而易聚沉。=2\*GB3②電泳儀應(yīng)洗凈，避免因雜質(zhì)混入電解質(zhì)溶液而影響溶膠的電位，甚至使溶膠凝聚。=3\*GB3③輔助液的選擇和配制對結(jié)果的準確性也有較大影響。如輔助液（本實驗為稀NaCl溶液）的電導(dǎo)率與溶膠的電導(dǎo)不一致，電泳時溶膠部分與輔助液部分的電位梯度就不同，電位的計算公式就不能適用。理論分析和經(jīng)驗均表明：若輔助液與溶膠電導(dǎo)不同，在界面處的電場強度發(fā)生突變，實驗時就產(chǎn)生界面在一管中上升的距離不等于在另一管中下降的距離的現(xiàn)象，如輔助液電導(dǎo)過大，會使界面處溶膠發(fā)生聚沉。有報道[3]，用NaCl稀溶液配制的輔助液遠比用HCl的好。=4\*GB3④實驗過程中，施于二極的電壓的穩(wěn)定性必須隨時檢查，予以保證。界面移動法的困難之一是與溶膠形成界面的輔助溶液的選擇。溶膠的電位對介質(zhì)成分十分敏感，從正負離子遷移速率要求相近來說，KCl比KNO3好，總是想到還是原配溶液好，可以想象用超離心方法取出由溶膠中分離出來的分散介質(zhì)作為輔助液，稱為“超濾液”。本實驗中采用兩鉑電極施加外界電場，電壓達到100V以上，兩電極上有氣泡析出（發(fā)生電解），致輔助液電導(dǎo)發(fā)生變化和擾動界面，影響實驗。改善的辦法是將輔助液與電極用鹽橋隔開，或用電化學(xué)上的可逆電極替換鉑電極[4]。計算電位時，、值采用同溫度下純水的數(shù)據(jù)，會引入一定誤差。在一般的物理化學(xué)教科書或?qū)嶒灲滩闹型茖?dǎo)了電位與膠粒淌度的關(guān)系式。是在進行了一系列的簡化的情況下得到的，在更詳細的電泳運動理論中，還必須考慮許多因素[5][6][7]，例如：在外加電場中擴散層中的反離子向著與膠粒移動相反的方向運動。因此，膠體粒子是在運動著的液體中泳動，其結(jié)果是使電泳速度變慢，稱為延時（retardation）效應(yīng)。另一需要考慮校正的是滯后效應(yīng)。由于膠體質(zhì)點與擴散層中的反離子向相反方向運動，質(zhì)點周圍原來對稱的擴散層發(fā)生變化，正負電荷中心不再重合。傳導(dǎo)和擴散都會使雙電層恢復(fù)原來的對稱形狀，這需要時間。因而，雙電層的擴散部分總是落后于運動著的帶電質(zhì)點，形成一個與外加電場反方向的附加電場，帶電質(zhì)點的電泳速度也因此減小，有時還必須考慮表面電導(dǎo)的校正問題。關(guān)于電位與膠休質(zhì)點的電泳淌度的關(guān)系式，有的人認為能適用于各種不同形狀的粒子[8]，P.Debye和E.Hückel[9]等認為與粒子的形狀有關(guān)，后者已為多數(shù)人接受。長時間通電會使溶膠及輔助液發(fā)熱，接近電泳池管壁的溶膠或輔助液散熱較管中間部分的溶液快，管子中間部分的溶膠或輔助液就較管壁附近溶液具有較高的溫度，溶液因密度差引起對流使界面不清晰。本實驗裝置還可用來測定一些其它溶膠的電位和研究電解質(zhì)濃度對溶膠電位的影響，測定溶膠的等電點等。如果界面不能用肉眼看出，有時可使它在紫外光下發(fā)螢光而觀察到，在此情況下儀器應(yīng)用石英玻璃制作。（9）溶膠電導(dǎo)大，說明雜質(zhì)離子（多余Cl1和FeO+）多，反離子多則擴散層被壓縮，電位就相應(yīng)減少，擴散層壓縮到底，即電位=0，當<20mV時膠體都是不穩(wěn)定而要發(fā)生聚沉的，這主要是還有膠體的布朗運動，其強度足以克服膠粒之間所剩的較小的靜電斥力作用而聚沉。（10）Fe(OH)3是憎液溶膠，然而它已經(jīng)具備某些親液溶膠的性質(zhì)，其親液性方面比通常的憎液溶膠在聚沉值這一點上要大，但在達到一個相當大的濃度時卻沒有引起聚沉的危險，特別是其緩慢聚沉的階段比典型憎液溶膠寬限得多。7．解題研判（1）電泳實驗中輔助液的選擇根據(jù)哪些條件？解a與膠體顏色反差要大，便于區(qū)分；b較膠體比重要輕，界面容易清晰；c輔助液正負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。d輔助液電導(dǎo)要近于溶膠，以消除其間的電位梯度，否則，電泳公式不得不進行修正，若電泳公式如一般實驗教材所寫：，則電位梯度修正為，其中G0為輔助液電導(dǎo)值，K為兩界面間距離。（2）電泳速度的快慢與哪些因素有關(guān)？解a外加電場強度影響大，外加電壓大，速度快b與膠體凈化后所測電導(dǎo)值有關(guān)，電導(dǎo)大，電泳速度快；c與兩極間距離有關(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)。（3）加入脲素的作用？解a.增加溶膠的比重，使與輔助液間的界面清晰。b.能絡(luò)合一部分多余反離子Cl，促進膠體穩(wěn)定。溶膠中加入脲素，電導(dǎo)迅速降低，在加至40%左右時發(fā)生轉(zhuǎn)折，而后曲線斜率變小，說明絡(luò)合了部分HCl。加脲素后的實驗現(xiàn)象和結(jié)果與半透膜凈化的結(jié)果無多大區(qū)別。（4）用公式計算時，各量采用哪些需要注意的單位？解計算電位時各物理量所使用的單位容易混亂。用公式計算，并采用SI制，電位梯度（Ul1）的單位是Um1，u的單位是ms1`。溶膠的（粘度）和（介電常數(shù)）應(yīng)近似采用純水的值，在室溫下=0.001Pas1，=8.89109CVm1(Fm1法拉每米，則所得電位的單位為V，電滲實驗中的計算相似。(5)為什么長時間滲析對溶膠有不利影響？如何理解是個閾值范圍？解長時期滲析可以使帶正電荷的氫氧化鐵溶膠失掉電荷而聚沉。由于Fe(OH)3晶格上的FeO+的離子與Fe(OH)3晶核結(jié)合是不牢固的它們間的力場是十分不對稱的，所以，一方面有被核表面所吸附的FeO+離子，另一方面在分散介質(zhì)中有同種離子與前者處于吸附平衡的狀態(tài)。滲析時不是從核表面上，而是主要從溶液中，也就是從分散介質(zhì)中洗去起穩(wěn)定作用的電解質(zhì)，對Fe(OH)3溶膠來說，透過薄膜的就是Cl1和FeO+離子，這個過程破壞了吸附平衡，并引起FeO+離子從核表面上解吸出來，核表面便被“裸露”，終于導(dǎo)致溶膠聚沉。因為膠團業(yè)已破壞，即或算得值，已不能代表穩(wěn)定的Fe(OH)3溶膠的動電電位了。既然溶膠的動電電位與核表面所吸附的FeO+離子數(shù)量的變化有關(guān)，也與膠體溶液中所含雜質(zhì)離子的濃度有關(guān)，也就不能期望通過滲析作用僅僅洗去膠體表面多余部分的反離子，所以有理由認為溶膠的電位不應(yīng)該是一個確定值，而是有個閾值范圍。所以前人說，測驗，不同的實驗者有不同的結(jié)果。電導(dǎo)值較小時測得的電位較大些，穩(wěn)定的Fe(OH)3膠體，=30~44mV。(6)293K時測得兩電