实验五 溶胶的制备、净化与性质

实验五溶胶的制备、净化与性质一、实验目的了解溶胶制备的简单方法；了解溶胶净化的方法及作用；熟悉溶胶的基本性质。掌握由电泳计算胶粒移动速度及电动电位的计算方法。二、实验原理固体以胶体分散程度分散在液体介质中即得溶胶。溶胶的基本特征有三：(1)多相体系，相界面很大；(2)高分散度，胶粒大小在1〜100nm之间；(3)是热力学不稳定体系，有相互聚结而降低表面积的倾向。溶胶的制备方法可分为二类：一是分散法，把较大的物质颗粒变为胶体大小的质点；二是凝聚法，把分子或离子聚合成胶体大小的质点。本实验采取凝聚法制备几种溶胶。制备Fe(OH)3溶胶，原理如下：FeCl3+3H2OfFe(OH)3+3HClFe(OH)3+HClfFeOCl+2H2OIFeO++Cl-[Fe(OH)3]n+mFeO+f{[Fe(OH)3]n•mFeO+•(m-x)Cl-}x+xCl-溶液中少量的氯离子可以作为稳定剂离子，但太多的离子会影响溶胶的稳定性，故必须用渗析法除去。渗析采用半透膜。松香溶胶的制备原理为采用溶剂更换法，将酒精松香溶液滴入水中，松香可溶于酒精，但不溶于水，在水中松香分子聚结为小颗粒。AgI溶胶的制备是将AgNO3溶液KI溶液混合，刚刚生成的细小沉淀由于搅拌来不及聚合成较大粒子，因而能成为溶胶。溶胶的性质包括四个方面：光学性质、动力学性质、表面性质与电学性质。溶胶属热力学不稳定体系，外加电解质时易发生凝聚，但在大分子溶液的保护下，稳定性大大加强，抗凝结能力也就增强了。溶胶粒子的带电原因有三方面，即胶核的选择吸附、表面分子的电离和两相接触生电。在外加电场的作用下，带电的胶粒会向一定的方向移动，这种现象称为电泳。解释电泳现象以及电解质对胶体稳定性的影响的理论是扩散双电层理论。双电层分为紧密层(吸附层)和扩散层，胶核为固相，胶核表面上带电的离子称为决定电位的离子，溶液中的部分反离子因静电引力紧密地吸附排列在定位离子附近，紧密层由决定电位的离子和这部分反离子构成，紧密层和胶核组成了胶粒，胶粒移动时紧密层随之一起运动，紧密层的外界面称为滑移界面，滑移界面以外为扩散层。在胶团中，胶核为固相，吸附层和扩散层为液相。扩散层的厚度，则随反离子扩散到多远而定，反离子扩散得越远，扩散层越厚。从胶核表面算起，反离子浓度由近及远逐步下降，降低到浓度等于零的地方即为扩散层的终端，此处的电位等于零。扩散双电层模型认为，反离子在溶胶中的分布不仅取决于胶粒表面电荷的静电吸引，还决定于力图使反离子均匀分布的热运动。这两种相反作用达到平衡时，形成扩散双电层。从胶核表面到扩散层终端(溶液内部电中性处)的总电位称为表面电位，从滑移界面到扩散层终端的电位称为动电位或C-电位。L电位在该扩散层内以指数关系减小。扩散层越厚，厂电位也越大，溶胶越稳定。若于溶胶中加入电解质，L电位将减少，当L电位小于0.03V时，溶胶即变得不稳定。继续加入过量电解质，厂电位将改变符号，溶胶变为与原来电性相反的溶胶，称为溶胶的再带电现象。随着电解质的加入，扩散层中的离子平衡被破坏，有一部分反离子进入紧密层，从而使C电位发生变化。随着溶液中反离子浓度不断增加，L电位逐渐下降，扩散层厚度亦相应被“压缩”变薄。当电解质增加到某一浓度时，C-电位降为零，称为等电点，这时溶胶的稳定性最差。继续加入电解质，则出现溶胶的再带电现象。某些高价反离子或异号大离子由于吸附性能很强而大量进入吸附层，牢牢地贴近在固体表面，可以使L电位发生明显改变，甚至反号。厂电位的大小可衡量溶胶的稳定性。厂电位的计算公式为：匚=4回"X（9X109）=4"心X（9X109）DHDEt式中：D是介质的介电常数，门是介质的粘度，H为电位梯度（E/L,单位距离的电压降），E为两电极间的电位差，L为两电极间沿电泳管的距离，u为电泳的速度（界面移动速度），s为t时间内界面移动的距离，式中各量的单位均为SI单位。三、仪器与试剂仪器：电泳仪一套，电炉（300W）一只，直流稳定电源一台，具暗视野镜头显微镜一台（公用），试管架（小试管5只以上），250ml锥形瓶一只，250ml烧杯一只，800ml烧杯一只，250ml分液漏斗一只。试剂：2%FeCl3溶液，火棉胶溶液，2%酒精松香溶液，0.01mol・L-1AgNO3,0.01mol•L-1KI，0.1mol•L-iCuSO4，1mol•L-1Na2SO4，2mol•L-1NaCl，0.5%白明胶溶液，稀盐酸辅助液，kno3辅助液。四、实验步骤Fe（OH）3胶体溶液的制备在250毫升烧杯中加入95ml蒸馏水，加热至沸，逐滴加入5ml2%FeCl3溶液，并不断搅拌，加完后继续沸腾几分钟，由于水解反应，得红棕色氢氧化铁溶胶。半透膜的制备做半透膜的火棉胶使用的是纤维素与硝酸结合而成的低氮硝化纤维素，可取酒精与乙醚各50ml混合，加8克低氮硝化纤维素，溶解即得（实验室预先制备）。也可选用市售的火棉胶溶液直接制备半透膜。半透膜的孔径大小与半透膜的干燥时间长短有关，时间短则膜厚而孔大，透过性强；时间长则膜薄而孔小，透过性弱。取一干洁的150ml锥形瓶，倒入几毫升火棉胶溶液，小心转动锥形瓶，使之在锥形瓶上形成均匀薄层，倾出多余的火棉胶液倒回原瓶，倒置锥形瓶于铁圈上，让剩余的火棉胶液流尽，并让溶剂挥干，几分钟后，在瓶口剥开一部分膜，在此膜与瓶壁间加几毫升水，用水使膜与瓶壁分开，轻轻取出所成之袋，即得半透膜。在袋中加入少量清水，检验袋里是否有漏洞，若有漏洞，只须擦干有洞的部分，用玻璃棒醮少许火棉胶液补上即可。Fe（OH）3溶胶的净化把制得的Fe（OH）3溶胶置于半透膜内，捏紧袋口，置于大烧杯内，先用自来水渗析10分钟，再换成蒸馏水渗析5分钟。松香溶胶的制备取一支小试管，加几毫升水，滴1滴2%酒精松香溶液，摇匀，即可制得松香溶胶。两种AgI溶胶的制备a.取20ml0.01mol^L-1AgNO3溶液置50ml烧杯中，搅拌下，缓慢滴入16ml0.01mol，1KI溶液，制得溶胶A。b.取20ml0.01mol-L-1KI溶液置50ml烧杯中，搅拌下，缓慢滴入16ml0.01mol«L-1AgNO3溶液，制得溶胶B。溶胶的性质光学性质（丁铎尔现象）：在暗室中将CuSO4溶液、Fe（OH）3溶胶、松香溶胶、AgI溶胶、水等放入标本缸中，用聚光灯照射，从侧面观察乳光强度大小，并进行比较，区别溶胶与溶液。动力学性质：将制得的酒精松香溶胶醮一点在载玻片上，加一盖玻片，放在暗视野显微镜下，调节聚光器，直到能看到胶体粒子的无规则运动（即布朗运动）。电学性质：取一U型电泳管洗净，加几毫升KNO3辅助液调至活塞内无空气，从小漏斗中加入AgI溶胶A，不可太快，否则界面易冲坏，等界面升到所需刻度，插上铂电极，通直流电（40V）后，观察界面移动方向，判断溶胶带什么电荷。同法观察AgI溶胶B。溶胶的凝聚与大分子溶液的保护作用凝聚：在两支小试管中各注入约2毫升Fe（OH）3溶胶，分别滴加NaCl与Na2SO4溶液，观察比较产生凝聚现象时，电解质溶液的用量各是多少。大分子溶液的保护作用：取三支小试管，各加入1毫升Fe（OH）3溶胶，分别加入0.01ml、0.1ml及1.0ml0.5%白明胶液，然后加蒸馏水使三管总量相等。各再加1毫升2mol・L」NaCl溶液，观察哪一管发生凝聚，如在最前的两只试管内有凝聚现象时，则表示保护作用发生在0.1ml及1.0ml之间，为了更准确的测定，应当再用0.2ml、0.5ml及0.7ml白明胶再进行试验，以此类推，最后能较准确确定保护作用是在哪一条件发生的。电泳速度与J电位的测定取一U型电泳管洗净，加稀盐酸辅助液调至电泳管分叉处，调整活塞内至无气泡，利用高位槽（分液漏斗）从U型电泳管下部加入氢氧化铁溶胶，小心开启活塞，让氢氧化铁缓慢上涌，不可太快，否则界面易被冲坏，直到界面升至U型管分叉处，可再将界面上升速度调快些，等界面升到所需刻度，关上活塞，插上铂电极，画上划线，通直流电（15V）后