物理化學電泳實驗概述

1 實驗目的 
(1)用電泳法測定氫氧化鐵溶膠的ζ電勢。 (2)掌握電泳法測定ζ電勢的原理和技術。 (3)學習Fe(OH)3溶膠的製備和純化。 (4)理解電泳是膠體中液相和固相在外電場作用下相對移動而產生的電性現象。 
2 實驗原理 
溶膠是一個多相體係,其分散相膠粒的大小約在1nm~1μm之間.校核大多是分子或原子的聚集體,因選擇性地吸附介質中的某種離子(或自身電離)而帶電。介質中存在的與吸附離子電荷相反的離子稱為反離子,反離子中有一部分因靜電引力(或範德華力)的作用,與吸附離子一起緊密地吸附於膠核表麵,形成緊密層。於是,膠核、吸附離子和部分反離子(即緊密層)構成了膠粒。反離子的另一部分由於熱擴散分布於介質中,故稱為擴散層,見圖2-1。 
緊密層與擴散層間交界處稱為滑移麵(或Stern麵)。顯然緊密層與介質內部之間存在電勢差,稱為ζ電勢。此電勢隻有處於電場中才顯示出來。在電場中膠粒會向異號電極移動,稱為電泳。在特定的電場中,ζ電勢的大小決定於膠粒的運動速度,故ζ電勢又稱電動電勢。
因為溶膠是高分散的多相的熱力學不穩定體係。為了降低體係的表麵能,它終將聚集而沉降,但它在一定條件下又能相對地穩定存在,主要原因之一是體係中膠粒帶的是同一種電荷,彼此相斥而不致聚集。膠粒帶的電荷越多,ζ電勢越大,膠體體係越穩定。因此ζ電勢大小是衡量溶膠穩定性的重要參數。 
利用電泳現象可測定ζ電勢。電泳法又分宏觀法和微觀法,前者是將溶膠置於電場中,觀察溶膠與另一不含溶膠的導電液(輔助液)間所形成的界麵的移動速率;後者是直接觀測單個膠粒在電場中的泳動速率。對高分散或過濃的溶膠采用宏觀法;對顏色太淺或濃度過稀的溶膠采用微觀法。 
本實驗是在一定的外加電場強度下,通過測定Fe(OH)3膠粒的電泳速度然後計算出ζ電位。 
式中:η, ε是測量溫度下介質的粘度(Pa·s)和介電常數,取文獻值;u為膠粒電泳的相對移動速率(m·s-1);(U/l)為電位梯度(V·m-1),U為兩極間電位差(V),l為兩極間距離(m);K是與膠粒形狀有關的常數,球形粒子為6,棒狀粒子為4,對於Fe(OH)3K值為4。 
本實驗中,測定電泳測定管中膠體溶液界麵在t(s)內移動的距離d(m),求得電泳速度u=d/t。 
Fe(OH)3溶膠用水凝聚法製備,製備過程中所涉及的化學反應如下: ①