研究主题长不大的硫探讨形成硫胶体溶液的条件

1、研究主題：長不大的硫探討形成硫膠體溶液的條件 中華民國九十年五月 學生：李祐慈 李艾玲 盧美君 指導老師：周芳妃 老師就讀學校：北一女中二年良班二年溫班 長不大的硫探討形成硫膠體溶液的條件 學生：李祐慈 李艾玲 盧美君 指導老師：周芳妃 老師就讀學校：北一女中二年良班二年溫班摘要：隨著科技的發展，人類使用的材料已進入奈米微（nanoparticles）時代。本研究利用奈米微粒的光散射現象，以照射計測量光源強度，探討酸性溶液中Na2S2O3自身氧化還原反應產生硫膠體粒子的條件，並進一步測定硫膠體水溶液的性質。我們發現反應過程中照度值主要隨著Na2S2O3濃度有規律變化，而與H+濃度較無關。添加鹽

2、類的確會影響硫粒子凝聚的情形。添加Ca2+、Mg2+、Zn2+時，達到某濃度範圍時，發現光束出現的時間比未添加鹽類延後，而且光束存在的時間略有延長。但濃度更高時此現象又降低。添加非離子型界面活性劑時，在某濃度範圍內，其濃度越大，硫奈米微粒散射的光束存在時間越久。但當濃度接近c.m.c值時，反而使光束提早出現且延續光束存在時間的能力就降低。添加陰離子型界面活性劑對膠體溶液光束存在的時間與不添加時沒有顯著的差別。測量光束存在時間超過60分鐘的各項膠體溶液黏度，發現它們的黏度均很相近。長不大的硫探討形成硫膠體溶液的條件 學生：李祐慈 李艾玲 盧美君 指導老師：周芳妃 老師就讀學校：北一女中二年良班二

3、年溫班一、研究動機近年來隨著科技的發展，人類使用的材料已進入奈米微粒（nanoparticles）時代。奈米微粒是指粒徑介於1100nm的超微粒子，由於其尺寸已接近光波波長，再加上大表面積的特殊效應，因此奈米微粒的特性不同於該物質在塊材時的性質。目前陸續有一些文獻以化學方法形成溶液中各式膠體微粒，以取代傳統機械研磨的方式。本研究利用奈米微粒的光散射現象，探討酸性溶液中Na2S2O3自身氧化還原反應產生硫膠體粒子的條件，並進一步測定硫膠體水溶液的性質。二、研究目的（一） 設計檢測溶液散射光強度的方法，用以追蹤硫膠體粒子的形成。（二）探討反應物濃度及添加劑對於硫膠體粒子形成的影響。（三）測定硫膠體

4、溶液的性質。三、文獻探討奈米微粒的構造特徵及其物理與化學性質，對於未來無機光、電、磁材料、催化劑與奈米複合材料的發展內涵與方向將造成革命性的衝擊。國內從事奈米微粒材料學術研究的規模正逐步開展，並日益茁壯。（一）膠體溶液的特性 由高分子或由於粒子的結合或離子吸附溶劑分子所構成的原子集團，直徑有1100nm，由這種奈米微粒分散在溶劑中所形成的溶液即為膠體溶液，或稱為分散系，例如咖啡、牛奶、豆漿等。膠體溶液的特性有三：廷得耳效應、布朗運動、膠質粒子的帶電。現分述如下：光線通過膠體溶液時，因為膠質粒子散射光線的緣故，顯出一條光亮的通路，此現象稱為廷得耳效應，真溶液則沒有這種現象。不同粒徑範圍的膠質粒子

5、所散射的可見光頻率會有所不同，能使可見光發生散射的微粒多屬於奈米微粒。當光線通過膠體溶液，以顯微鏡在垂直於光線的方向觀察時，可見膠質粒子成無數光點，並且不停地作急速運動，此稱為布朗運動。膠質粒子帶有電荷，是由於膠質粒子吸附溶液中已有的離子或極性分子而來，如金屬的氫氧化物常帶有正電荷，金屬的硫化物常帶有負電荷。若於膠體溶液中加入少許電解質或插入兩電極並通電，則膠質粒子中所帶的電荷，立即被電性相反的離子或電荷中和，膠質粒子互相凝聚使粒徑更大，而沉澱析出。（二）界面活性劑的作用 界面活性劑是一種能顯著降低界面張力的活性物質，它的選擇、量的多寡與溶劑匹配的好壞都直接關係到膠體溶液是否可以形成及穩定性。

6、界面活性劑一般都由親油的非極性基及親水的極性基組成，親油性基即親油性原子團，它極易溶於油或易於被油所浸潤，而親水基則是易溶於水或易被水所浸濕的原子團。根據奈米微粒的特性及使用的要求，一些文獻的實驗採用界面活性劑加入到溶劑中形成膠體溶液。整個過程大致可以分為三個階段，即潤濕、分散及穩定階段。潤濕階段是指進入液體的顆粒固體表面吸附界面活性劑分子，而形成穩定的固液界面。潤濕是顆粒在液體中分散的必要條件，潤濕的好壞，不僅決定分散所需時間，而且也影響顆粒的粒徑大小。（三）黏度的測量 黏度是一種流體的的內摩擦，它是在物質內部移動的分子由於分子間引力所造成的一種阻力。黏度不但是重要的的工程性質，而且在膠體溶

7、液的研究上特別重要。一些文獻實驗將黏度測量用於天然及合成巨分子的平均分子量與分子形狀的測定。奧士華黏度計（Ostwald viscosmeter）是常用測量黏度的方法，其測定原理是將液體的黏度測量是將液體裝在標定的毛細管中，施以固定的壓力差，測量特定體積的液體流經毛細管所需的時間。黏度愈大的液體，流經毛細管所需時間愈長。（四）Na2S2O3的自身氧化還原反應S2O32-(aq) 2H+(aq) S(s) SO2(g) H2O(l) 酸性溶液中Na2S2O3自身氧化還原反應產生硫膠體粒子，當硫膠體粒子在奈米等級的時候溶液會因光的散射現象產生廷得耳效應。 四、研究設備器材器材與裝置 照度計、馬錶、

8、雷射筆、燒杯、量瓶、吸量管、自製暗箱、 奧士華黏度計藥品 Na2S2O3、HNO3、KNO3、NaNO3、AgNO3、Al(NO3)3、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、Zn(NO3)2、界面活性劑五、研究步驟(一) 自製散射光測量儀器：暗箱測量法【總散射光量測量】(1)如右圖，取一有蓋的暗箱，將照度計之光源接收器固定在後面，於暗箱頂部挖一小孔，使照度計之電線穿出，數值顯示器置於暗箱外。(2)使用時，待測物置於接收器前(燒杯緊靠接收器)，雷射筆固定於待測物左側，實驗開始：步驟：配置不同濃度的ANa2S2O3、BHNO3溶液各50ml 將暗箱預備好，打開照度計，打開雷射筆並固定於暗箱左側將B杯

9、溶液倒入A杯，計時開始，將A杯放入暗箱並闔上暗箱每隔20s讀取照度計數值，至20min停止2.目測法【光束存在時間的測量】重複暗箱測量法的溶液配製條件及操作方式，但改以目測觀察代替照度計，紀錄溶液中光束形成到消失的時間。(二) 反應物濃度對形成硫膠體粒子的影響：1.固定HNO3濃度為100.0010-3M，改變Na2S2O3濃度依次為6.2510-3M、12.5010-3M、25.0010-3M、50.0010-3M、100.0010-3M2.固定Na2S2O3濃度為100.0010-3M，改變HNO3濃度依次為6.2510-3M、12.5010-3M、25.0010-3M、50.0010-3

10、M、100.0010-3M3.同時改變Na2S2O3及HNO3濃度依次各為6.2510-3M、12.5010-3M、25.0010-3M、50.0010-3M、100.0010-3M(三) 添加鹽類對形成硫膠體粒子的影響：1. 添加1M KNO3：重複步驟(二)HNO3和Na2S2O3溶液的條件2.添加1M NaNO3：重複步驟(二)HNO3和Na2S2O3溶液的條件3.添加AgNO3：(1)添加5.0010-3M AgNO3，固定HNO3濃度為100.0010-3M，改變Na2S2O3濃度依次為6.2510-3M、12.5010-3M、25.0010-3M、50.0010-3M、100.0010-3M (2)依次於25.0010-3M Na2S2O3與100.0010-3M