ζ电位的测定

实验115　Fe（OH）₃溶胶的制备及聚沉值、ζ电位的测定

实验目的

了解溶胶的制备方法和胶粒的性质；观察溶胶的电泳现象，掌握用宏观电泳法测定胶粒移动的速度及ζ电位；学习用化学方法测定聚沉值。

实验原理

在胶体溶液中，分散在介质中的微粒由于自身电离或表面吸附其他离子而形成带一定电荷的胶粒，在胶粒附近的介质中分布着与胶粒表面电荷符号相反、数量相等的反离子，形成一扩散的双电层。带电的胶粒吸附一定量的介质构成溶剂化层，溶剂化层与胶粒一起运动。由溶剂化层界面到均匀液相内部（此处电位为零）的电位差称为胶粒的电动电势或ζ电位。ζ电位的大小与胶粒性质、介质成分和溶胶浓度有关，它是表征胶粒特征的一个重要物理量。由于胶粒带电，在外电场作用下，带电胶粒向一定方向移动，这种现象称为电泳。胶粒的电泳速度与它的ζ电位有关，所以可用电泳法测定胶粒的ζ电位。

用电泳法测定ζ电位有微观法及宏观法两种。前者是直接观察单个胶粒在电场中的运动速度，它适用于色淡及浓度低的溶胶，对高分散的或过浓的溶胶则因不易观察而不适用。后者是由观测胶体溶液与另一不含胶粒的无色导电溶液的界面在电场中的移动速度来测定ζ电位的，它适用于高分散或高浓的溶胶的观测。宏观法测定设备简单，操作方便，常用于ζ电位的测定。本实验采用宏观法观察溶胶的电泳并测定ζ电位。

电泳管中下部放溶胶，上部放电导率与溶胶相同的无色辅助液，溶胶及辅助液间有清晰的界面。将两支铂电极分别插入电泳管两边的辅助液中，在两电极上加直流电压。在外电场作用下，由于带电胶粒的定向运动，界面发生移动，由界面移动的方向可决定胶粒带电的符号，由界面移动的速度，根据如下公式可算出ζ电位：

式中：η为介质的黏度；D为介质的介电常数；l为两电极相距的距离，cm；V为两电极的电位差，V；t为界面移动一定距离的时间，s；s为在时间t内界面移动的距离，cm。上式是在溶胶与辅助液电导率相同的情况下，根据扩散双电层的物理模型推导得到的。在推导过程中，假设扩散电层内外的液体性质相同，胶粒的移动是外电场与双电层电场共同作用的结果，双电层的厚度比胶粒的曲率半径小得多，胶粒的运动是流线型的且速度很慢。

胶体是热力学不稳定体系，粒子间有相互聚结而降低其表面能的趋势。当胶粒聚集到一定程度，溶胶便失去表观上的均匀，此时就要沉降下来，这一过程称为聚沉作用。影响溶胶聚沉的因素很多，如电解质的作用、胶体体系的相互作用、溶胶的浓度、温度等等。这些因素中以电解质的作用研究得最多，溶胶对电解质的作用非常敏感，当外加电解质达到一定浓度时，溶胶能发生明显的聚沉。使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最低浓度称为聚沉值，聚沉值测量有经典的化学方法，在实验中将给予介绍。

实验用品

仪器　电泳管；直流稳压电源；停表；铂电极；锥形瓶；烧杯；试管；移液管等。

试剂　AgNO₃（0.01mol·L^－1）；KCl（2.5mol·L^－1）；FeCl₃（10％）；K₂CrO₄ （0.1mol·L^－1）；KSCN（0.1mol·L^－1）；火棉胶。