实验35电渗.doc

实验35 电渗一、目的用电渗法测定SiO2对水的电势观察电渗现象，了解电渗法实验技术概要。二、基本原理电渗是胶体常见的电动现象的一种。早在1809年,就观察到在电场作用下，水能通过多孔沙土或粘土隔膜的现象(图.97)。这种现象是胶体常见的电动现象的一种。多孔固体在与液体接触的界面处因吸附离子或本身电离而带电荷，分散介质则带相反的电 荷。在外电场的作用下,介质将通过多孔固体隔膜贯穿隔膜的许多毛细管而定向移动,这 就是电渗现象。电渗与电泳是互补效应。由于液体对多孔固体的相对运动，不发生在固 体表面上，而发生在多孔固体表面的吸附层上。这种固体表面吸附层和与之相运动的液 体介质间的电势差，叫做电动电势或电势。因此，通过电渗可以测求电势,从而进一 步了解多孔周体表面吸附层的性质。电渗的实验方法原则上是要设法使所要研究的分散相质点固定在静电场中（通以直 流电），让能导电的分散介质向某一方向流经刻度毛细管，从而测量出其流量（3）、在测量出（或查出)相同温度下分散介质的特性常数和通过的电流后，即可算出电势。设电渗发生在一个半径为r的毛细管中，又设固体与液体接触界面处的吸附层厚度为(比r 小许多,因此，双电层内液体的流动可不予考虑)，若表面电荷密度为加于长为的毛细管两端的电势差为电势梯度为，则界面单位面积上所受的电力为 当液体在毛细中流动时，界面单位面积上所受的阻力为式中 -电渗速度-液体的黏度当液体匀速流动时，即 （ II .199）假设界面处的电荷分布情况类似于一个处在介电常数为的液体中平板电容器上的电荷分布，其电容为式中 -电荷量-面积由此可得 （ II .200）将式（ II .199）代入式（ II .200）中，得 （ II .201）若毛细管的截面积为，单位时间内流过毛细管的液体量为，则 （ II .202）而 （ II .202）式中 -通过二电极间的电流-二电极间的电阻-液体介质的电导率。将式（ II .203）代入式（ II .202），得用式（II.204）计算电势，可用实验方法测、和值，而值可从手册中查得。式 中所有电学量必须用绝对静电单位表示。采用我国法定计量单位时，若单位为 -1cm-1，为,液体流量为，为，为时，则式（II.204）应为（II.205）在上述推导过程中，忽略了毛细管壁的表面电导。事实上，毛细管壁的表面电导不能忽略，所以应将换成，其中为毛细管壁的圆周长度，为毛细管壁单位圆周长度的表面电导率。但将式II .204推广应用到粉末固体隔膜时，表面电导率校正项很 难计算。通常液体介质的电导率大于浓度为0.001molL-1的KCl溶液的电导率，且粉末固体粒度在50m以上时，表面电导率可以忽略不计。本实验中,由于纯水的电导率较低,故采用式(II.204)或式(II.205)计算时将引入一些误差。三、仪器与试剂电渗仪1台，停表1块，直流毫安表1块，高压直流电源（2001000V）（也可用B电池串联代替）1台。石英粉（80100目A.R.)。四、操作步骤1.安装电渗仪电渗仪的结构如图II.98所示。刻度毛细管D(可用1mL移液管改制)通过连通管C分别与铂丝电极它E、F相连(为使加于样品两端之电场均匀,最好用二铂片电极)。K为多孔薄瓷板，A管内装粉末样品,在毛细管的一端接有另一根尖嘴形的毛细管G,G的上端装一段乳胶管H,乳胶管只可用一弹簧夹I夹紧。通过G管可将一个测量流速用的空气泡压人毛细管D中。 2装入样品将80 100目的SiO2粉与蒸馏水拌和的糊状物用滴管注入A管中，盖上瓶塞B。水份经K滤出，拔去钼电极E、F,从电极管口注入蒸馏水，至钼丝电极能浸入水中为止。检 査不漏水后,插上铂电极。用吸耳球从G管压入一小气泡至D的一端，夹紧螺夹I。将整个电渗仪浸入恒温槽(20、25、35)中,恒温10min以待测定。 3测定、和值在电渗仪的两钼丝电极间接上2001000 V的直流电源，中间串一毫安表、耐高压的电源开关K和换向开关如图II.99所示。调节电源电压，使电渗时，电渗仪毛细管D中气泡从一端刻度至另端刻度行程时间约20 s左右。然后正确测定此时间，求出单位时间内毛细管中气泡所移动过的体积,此体积即为液体介质(水)在单位时间内通过A室的 体积。利用换向开关，可使E、F二电极的极性倒向，而使电渗方向倒向。由于电源电压较高，操作时应先切断电源开关，然后改换换向开关，再接上耐高压的电源开关，反复测量正、反向电渗时流量V值各5次,取平均值，求出液体流量V值。同时,在测量时调节电压,保持值恒定。由毫安表读下值。改变电源电压，使D管中气泡行程时间改为15、25s。测定相应的流量V和电流 值。拆去电渗仪电源，用电导仪测定电渗仪中蒸馏水的电导率值。注意：由于使用高 压电源，操作时应注意安全。五、数据处理 计算各次测定的值，并取平均值。将的平均值和代入式（II .204），计算SiO2对水的电势。测定时注意水的方向和2个钼电极的极性，从而确定电势是正值还是负值。六、思考题为什么毛细管D中气泡在单位时间内所移动过的体积就是单位时间内流过试样室A的液体量？固体粉末样品颗粒太大,电渗测定结果重演性差,可能的原因是什么？ 讨论影响电势测定的因素有哪些？六、参考文献1复旦大学等编.物理化学实验(上册).北京：人民教育出版社，19