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1、实验十二 电泳 一、目的要求 1）掌握电泳法测Z电势的原理和技术；2）从实验现象中加深对胶体的电学性质的理解，即在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电 荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象（因电而动）。二、基本原理 1.电泳 由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介 质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象。影响电泳的因素有：带电粒子 的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，pH值和粘度；电泳的温 度和外加电压等。从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。2.三种电势 0:热力学电势（
2、或平衡电势），固体表面相对溶液的电势，o=f（固体表面电荷密度，电势 决定离子浓度）。:斯特恩电势。离子是有一定大小的，而且离子与质点表面除了静电作用外，还有范德华吸引力。所以在靠近 表面1-2个分子厚的区域内，反离子由于受到强烈的吸引，会牢固的结合在表面，形成一个紧密的 吸附层，称为固定吸附层或斯特恩层；在斯特恩层中，除反离子外，还有一些溶剂分子同时被吸附。反离子的电性中心所形成的假想面，称为斯特恩面。在斯特恩面内，电势呈直线下降，由表面的0 直线下降到斯特恩面。称为斯特恩电势。:电动电势。当固、液两相发生相对移动时，紧密层中吸附在固体表面的反离子和溶剂分子与质点作为一个 整体一起运动，其滑
3、动面在斯特恩面稍靠外一些。滑动面与溶液本体之间的电势差，称为 电势。电势与 电势在数值上相差甚小，但却具有不同的含义。应当指出，只有在固、液两相发生相 对移动时，才能呈现出 电势。电势的大小，反映了胶粒带电的程度。电势越高，表明胶粒带电越多，其滑动面与溶液本 体之间的电势差越大，扩散层也越厚。当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将 压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使 电势在数值上变小当电解质浓度足够 大时，可使 电势为零。此时相应的状态，称为等电态。处于等电态的胶体质点不带电，因此不会 发生电动现象，电泳、电渗速度也必然为零，这时的溶胶非常容易聚沉。3.电泳公式
4、 fi qE 其中q为胶粒的电荷，E为电场强度(或称为电位梯度)本次实验研究的Fe(OH)为棒形胶粒。棒形胶粒在介质中运动受到的阻力 f2按Stokes定律为:f2 4 r 为电泳速度，为介质的粘度，当胶粒运动速度即电泳速度达到稳定时，fi=f2,结合(1)、式得到:qE 4 r 根据静电学原理可知 所以有 电势的单位为静电伏特。若各物理量都采用 SI单位，r的单位为m 的单位为s-1;的单位为 Pa-s;E的单位为 V m1此时公式为：9 109伏特 三、仪器与试剂 界面移动电泳仪；213型铂电极两个；高压数显稳压电源；滴管 2根；烧杯(250mL;玻璃棒 一根；FeC1 溶液(10%;KC
5、I 溶液(0.02 mol-L-1);四、实验步骤 1 仪器装置图如下。图1.实验装置图 2 溶胶的制备：在不断搅拌的条件下、将 FeC1稀溶液滴入沸腾的水中水解，即可生成棕红色、透明 Fe(OH 溶胶：FeCb+3H2O 2_J：Fe(OH)3j+3HCI(1)其中r为胶粒的半径,_q r 其中r为胶粒的半径,为介质的界电常数,由该式可知，若已知，可通过测定和E算出 电势。该式只适合于C-G-S单位制，且得出 部分氢氧化铁跟盐酸作用 Fe(OH)3+HCI=FeOCI+2H 2O FeOCI=FeO+C 氢氧化铁吸附溶液中带正电荷的离子(FeO),胶团结构为：Fe(OH)3 m?y Fe O
6、+,(y-z)Cl-z+?z Cl-分子团 选择吸附离子 紧密层 扩散层 胶粒带正电荷，因此在电场作用下向阴极移动，出现电泳现象。3 测定电泳速度和电位梯度 打开活塞，在电泳仪中装上待测 Fe(OH)a溶胶至一定高度(便于观察界面的移动)。用滴管将 KCI溶液从电泳仪两臂的玻璃管壁等量缓慢加入，出现清晰界面才可以，否则重新灌装，继续加入 KCI溶液至接近支管，注意不能扰动界面，保持界面清晰并使两臂界面等高。轻轻地将 Pt电极垂 直插入KCI溶液，记下两边界面的高度位置。接通电源，调节电压至 180V左右，开始记时，观察 液面的变化。根据通电时间和界面下降的刻度计算电泳速度。注意事项：a:氢氧化
7、铁胶体的电泳速度跟氢氧化铁胶粒的带电量有关，胶粒带电量越大，电泳速度越大。渗 析可以减少胶粒中的氯离子，增大胶粒的带电量。b:实验时，一旦通电，手就不能再触及电极，拆卸装置时也一定要先切断电源。c:要使氯化钾溶液浮在胶体的液面上，并跟胶体之间保持清晰的界面，实验时应注意使胶体的密 度比使氯化钾溶液的密度大。这样，使氯化钾溶液加入后不会下沉而跟胶体混在一起。为此，氯 化钾溶液的浓度不能太大。五、数据记录与处理 从直流电源读得电压 U=V，用直尺测得两电极间的距离 I=m，计算E=U/I=V m1;记录界面下降高度 m，通电时间 s，计算=m s-1 将E、数据代入-，为介质的界电常数，为介质的粘度，初略地以水的数据代入 E 求出。1(20C，水)=80.37 F m(20C，水)=0.001Pa s