胶体化学实验讲义.doc

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1、word胶体化学实验讲义10 / 11实验一 最大泡压法测溶液的外表X力1、 实验目的1、测定不同浓度正丁醇溶液的外表X力，计算吸附量；2、了解气液界面的吸附作用，计算外表层被吸附分子的截面积；3、掌握最大泡压法测定溶液外表X力的原理和技术。2、 实验原理从热力学观点来看，液体外表缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的外表A，就需对其做功，其大小应与A成正比: 7.1如果A为1m2，如此是在恒温恒压下形成1m2新外表所需的可逆功，所以称为比外表吉布斯自由能，其单位为Jm-2。也可将看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为外表X力，其单位是Nm-1。在恒温下纯液体

2、的外表X力为定值，当参加溶质形成溶液时，外表X力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和参加量的多少。根据能量最低原理，溶质能使溶剂的外表X力降低时，外表层中溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的外表X力升高时，它在外表层中的浓度比在内部的浓度低，这种外表浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的外表吸附。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的外表X力与溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程: 7.2式中，为溶质在表层的吸附量; 为外表X力; c为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。当时，0称为正吸附；当时，0称为负吸附。吉布斯吸附等温式应用X围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。为了

3、获得外表吸附量，可先测定不同浓度溶液的外表X力，作c 曲线图，如图7-1 所示。在曲线上任选一点作切线，如此可得该点对应浓度的斜率，再由式7.2可求得此浓度下溶液的外表吸附量，再作c图，如图7-2 所示，外推可在纵轴上得到溶液外表的饱和吸附量，如此每个溶质分子在溶液外表所占据的截面积为 7.3式(7.3)中L 为阿伏加德罗常数。 图7-1 外表X力对浓度图 图7-2 外表吸附量对浓度图测定溶液的外表X力有多种方法，较为常用的有最大泡压法、毛细管升高法、滴重法和圆环法等。本实验用最大泡压法测定正丁醇水溶液的外表X力。最大泡压法的仪器装置如如下图所示: 图7-3 最大泡压法测定溶液外表X力实验装置

4、1-样品管 2-毛细管 3-微压差计 4-滴液漏斗由与液面相切的毛细管4 鼓出空气泡时，需要高出外部大气压的附加压力以克制气泡的外表X力，此附加压力与外表X力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为 7.4式中p 为附加压力， 为外表X力， r 是气泡曲率半径。如果毛细管半径R 很小，如此形成的气泡根本上是球形的，当气泡开始形成时，外表几乎是平的，这时曲率半径最大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，此时曲率半径r 与毛细管半径R 相等，曲率半径达到最小值，由式(7.4)知，此时附加压力达最大。当气泡进一步增大时， 曲率半径逐渐变大，附加压力如此变小，直到气泡逸出。如此由式(7

5、.4)知，当r R时最大附加压力为 7.5实际测量时，使毛细管顶端刚与液面接触，如此可忽略鼓泡所需克制的静压力，这样恰好等于微压差计的最大读数，就可直接用式(7.5)进展计算。由于直接测量毛细管的半径很不方便，所以实验时用一外表X力为的液体测定其最大泡压，如此待测液体的外表X力 7.63、 仪器药品数字式微压差测量仪 1 台液体外表X力测定装置 1 套毛细管 1 支 20ml 移液管 1 支10ml 移液管 1 支2ml 刻度移液管 1 支250ml 容量瓶 1 个50ml 容量瓶 9 个150ml 烧杯 3个正丁醇(分析纯)、吸耳球等。4、 实验步骤1打开微压差计并与大气相通校零如何与大气相

6、通？。2测定纯水的最大泡压25时水的外表X力为71.9mN/m)。用去离子水洗净毛细管和样品管，用洗耳球吹干毛细管中残留的液体。在样品管中装适量的去离子水，按图装好，使毛细管的顶端尽量与液面接触。缓缓打开滴液漏斗的活塞，使滴液漏斗中的水慢慢滴下，控制滴液速率使毛细管端口鼓出的气泡为单个气泡，且每个气泡形成的时间为10s20s(数显微压差测量仪为5s10s)。假如形成时间太短，如此吸附平衡就来不与在气泡外表建立起来，测得的外表X力也不能反映该浓度之真正的外表X力值。当气泡刚脱离管端瞬间，可从微压差计上读取到最大值，读取三次。从样品管下端活塞中放出一滴水，等待吸附平衡后重新读取三次值。重复该步骤直

7、至毛细管顶端脱离液面为止。取脱离液面前一次的三个值求平均。3 配制0.5mol/l的正丁醇溶液250ml。按正丁醇的摩尔质量74.12g/mol和密度( 0.81g/ml)计算需用正丁醇的体积。先在250ml 容量瓶中装好三分之二的蒸馏水，然后用10ml和2ml刻度移液管吸取所需正丁醇体积放入容量瓶中，加水至刻度混匀后作为母液在50ml容量瓶中配制0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.16、0.20、0.24mol/l浓度的稀溶液备用。如何配置？注意标准操作和移液管的使用c(mol/l)0V(ml)4按步骤2 由稀至浓依次测定不同浓度正丁醇溶液的外表X力。注意，更换不

8、同浓度溶液时，无需用去离子水洗净毛细管和样品管，直接用洗耳球吹干毛细管中残留的液体，然后用待测液洗涤毛细管和样品管三次即可。5 实验完毕后，关闭微压差计，用蒸馏水洗净仪器。须知事项： 1、 仪器系统不能漏气。2、 所用毛细管应保持垂直，其管口刚好与液面相切。3、 可用下面的方法检查毛细管中的残留液体是否被吹出： 吹完后将毛细管和微压差计相连接，然后将滴液漏斗取下使微压差计和大气相连，微压差计读数稳定后校零，再将滴液漏斗装好，如果此时读数仍为零明确微压差计此时仍和大气联通，即毛细管头部的残留液体已被吹出。4、 微压差计与毛细管之间连接胶管不能发生弯折。5、 读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时

9、的最大压力差。 5、 数据记录和处理实验温度。纯水的：、。正丁醇溶液外表X力的测定：c(mol/l) (Pa)(mN/m)6、7、8、9、数据处理(1)计算毛细管常数。(2)计算各浓度溶液的外表X力。(3)用计算机处理实验数据，采用Origin(7.5 以上版本)、Excel或Matlab 程序：(a)作c 图，以方程进展拟合，方程求导计算斜率；(b)由式计算外表吸附量注意：本实验结果与温度相关，严格实验应该用控温仪和循环水浴，这里用平均室温近似，并作吸附等温线c 图；(c)计算并作c图，对该曲线按式进展线性拟合；(d)由直线斜率求得饱和吸附量，并计算正丁醇分子的截面积。实验二 溶胶的制备、净

10、化和稳定性测定一、实验目的1. 利用不同的方法制备胶体溶液，并用热渗析法进展纯化。2. 了解胶体的光学性质和电学性质。3. 研究电解质对憎液胶体稳定性的影响。二、实验原理固体以胶体分散程度分散在液体介质中即组成憎液溶胶。憎液溶胶的根本特征有三个：（1） 胶体是多相体系，相界面很大。（2） 胶粒的大小在几个纳米至几百纳米之间。（3） 胶体是热力学不稳定体系，要依靠稳定剂使其形成离子或分子吸附层，才能得到暂时的稳定体系。憎液溶胶的制备方法可分为两类：（1） 分散法 把较大的物质颗粒变为胶体大小的质点，常用的分散法有：u 研磨法 常用的研磨机械有球磨机、沙子磨和胶体磨，可将分散相研细。u 电弧法 以

11、金属为电极通电产生电弧，金属受高热变成蒸汽，并在液体中凝聚成胶体质点。u 超声波法 利用超声波场的空化作用，将物质撕碎成细小的质点，它适用于分散硬度低的物质或制备乳状液。u 胶溶法 胶溶法不是将大块相分散成胶体粒子，而是将暂时凝聚起来的胶体粒子重新分开而形成胶体溶液。（2） 凝聚法u 凝结物质的蒸汽。u 变换分散介质，即利用一种物质在不同溶剂中溶解度相差悬殊的特殊性来制备溶胶。u 改变实验条件如降低温度，使原来溶解的物质变成不溶物。u 化学法 凡能生成不溶产物的复分解反响、水解反响、氧化复原反响等，在适当的浓度和其它条件下，均可制取憎液溶胶。制成的胶体溶液中常有其它杂质如离子等存在，这不利于溶

12、胶的稳定存在，因此必须加以纯化，常用的纯化方法是半透膜渗析法。渗析时用半透膜隔开胶体溶液和纯溶剂，胶体溶液中的杂质，如电解质与小分子能透过半透膜进入溶剂中，胶粒却不能透过，如果不断更换溶剂，如此可把胶体溶液中的杂质离子除去。为提高渗析速度，可采用热渗析或电渗析的方法。胶粒大小的分布随着制备条件和存放时间而异。不同大小的胶粒对光的散射性质不同。当溶胶散射符合瑞利公式时，散射光强度与入射光波长四次方成反比。当白光穿过溶胶体系时，波长短的蓝紫光散射强度大，故散射光呈淡蓝色，透射光如此成长波端的淡红色，然而真溶液的散射光却极弱。从散射光和透射光颜色的变化，可看出胶粒大小变化的情况。由于胶粒能散射光，黑

13、暗中当一束光透过胶体溶液时，在侧面可看到“光路，即丁达尔现象。根据此性质可判断一清亮透明的溶液是胶体溶液还是真溶液。胶体稳定的原因是胶体具有聚结稳定性，即胶体外表带有电荷以与胶粒外表溶剂化层的存在，研究胶粒的电性，能深入了解胶粒形成过程和胶粒的结构。憎水胶体的稳定性主要决定于胶粒外表电荷的多少的大小，参加过量的电解质能促使憎水溶胶聚沉，聚沉能力的大小通常用“聚沉值表示。聚沉值的定义为：是溶胶发生聚沉时需要的电解质的最小浓度值。其单位通常用10-3-3表示。胶粒是带电的质点，即带有过剩的负电荷或正电荷，这是由于胶粒从分散介质中按法扬斯规如此吸附决定电势的离子或胶体粒子本身解离而产生的。AgI仅能

14、微溶于水9.710-7-3。当硝酸银溶液与易溶于水的碘化物等量混合时，可析出沉淀。但是如果混合稀溶液并且使其中之一过剩，如此不产生沉淀，而形成胶体溶液，胶体溶液的性质和过剩的离子种类有关。在此，胶粒的电荷是由于过剩的离子被AgI吸附，在AgNO3过剩时，得正电性的胶团，其结构为 (AgI) m. nAg+.( n - x) NO3-x+.x NO3-在KI过剩时，得负电性的胶团，其结构为 (AgI) m.nI-.( n - x)K+x-.xK+起聚沉作用的主要是与胶体粒子电性相反的离子，一般说来，反号离子的聚沉能力是三价离子二价离子一价离子，但是并不成简单的比例。正常电解质的聚沉值与胶粒的反离

15、子的价数的6次方成反比，即舒茨哈代规如此。亲液溶胶如动物胶、蛋白质等高分子溶液的稳定性主要决定于胶粒外表的溶剂化层，因此参加少量盐类不会引起明显的沉淀。但假如参加酒精等能与溶剂严密结合的物质，如此能使亲液胶体聚沉。亲液溶胶的聚沉常常是可逆的，即参加过多的酒精物质时，聚沉的亲液溶胶又能自动地转变为胶体溶液。如果将亲液胶体参加憎液胶体中，如此在绝大多数情况下，可以增加憎液溶胶对电解质的稳定性，这种现象称为保护作用。保护作用可以通过聚沉值的增加显示出来。3、 实验仪器和试剂电热套与其配套电源和支架 1套磁力加热搅拌器装置含搅拌子 1套抽滤装置 1套锥形瓶 100mL3个烧杯 500 mL2个，250

16、 mL4个， 100 mL3个量筒 100mL1个，10mL2个胶头滴管 1根 激光笔 1支棕色酸式滴定管 1支 试管 10支10mL单标移液管 1支 玻棒 2根18cm外表皿 1个 普通漏斗 1只透析袋22cm 1个 吸量管50ml 1只-3 Na2S2O3-3 H2SO4-3-3AgNO310%FeCl3溶液 10%氨水溶液1%明胶溶液 2%松香酒精溶液-3-3K3Fe()6-3 K2SO4 -3 KCl0.-3 KCl -3AgNO3铬酸洗液、酒精、硫磺、凡士林酒精灯、火柴、试管夹、吸耳球、橡皮筋、棉线、剪刀、pH试纸、滤纸、试管架、1个铁架台带滴定管夹、试管烘干器、洗瓶四、实验步骤1.

17、 化学反响法制备Fe(OH)3溶胶在250 mL烧杯中放入100 mL蒸馏水，用电热套加热至沸加外表皿盖。慢慢地滴入5 mL的10%FeCl3溶液，并不断搅拌，加完后继续沸腾三分钟左右，用激光笔观察液体中和液面上的丁达尔效应。由于水解的结果，得到棕红色的氢氧化铁溶胶，其结构式表示如下 (Fe(OH)3) m. nFeO+.( n - x) Cl-x+.x Cl-2. Fe(OH)3溶胶的纯化1) 透析袋的前处理把透析袋剪成适当长度22cm的小段备用。在250mL烧杯中放入100mL蒸馏水，再放入剪好的透析袋，用电热套加热至沸并继续沸5分钟加外表皿盖，用玻棒取出，用蒸馏水冲洗袋内外，方可使用。在

18、对精度要求高的实验中，透析袋的选取时要考虑孔径大小，取用透析袋必须戴手套，在处理过程中需加适宜浓度的碳酸氢钠和去除透析袋中的杂质，处理后的透析袋冷却后需置于30或者50%的酒精中，放于4冰箱待用。2) 溶胶的纯化 用量筒量取60 mL制好的Fe(OH)3溶胶，用漏斗转移到透析袋内，用线栓住两头袋口怎么栓能不漏且方便取出？置于500mL烧杯内，用蒸馏水渗析。用磁力加热搅拌器加热装有透析袋的烧杯，保持渗析温度在6070，30分钟换一次水。从换下的水中取1 mL可用带刻度试管检验其中Cl-用什么检验？，直至不能检查出Cl-为止。3. 化学反响法制备硫溶胶和AgI溶胶1) 硫溶胶的制备和光学性质A.

19、用量筒-3 的Na2S2O3-3 的H2SO4溶液5.0 mL放入试管中，将两液体混合，用激光笔观察丁达尔效应的变化。B. 同法配制混合液，对着日光灯管仔细观察透射光颜色的变化，当浑浊度增加到掩盖住颜色时大约经5分钟，把溶胶冲稀一倍，继续观察透射光颜色随时间的变化。2) AgI溶胶的制备和光学性质-3-3 的AgNO3溶液20 mL慢慢地滴入，制得带负电的AgI溶胶A溶胶。-3AgNO3-3 的KI溶液20 mL慢慢地滴入，制得带正电的AgI溶胶B溶胶。将制得的溶胶按表8-1的量混合，并逐个地观察混合后的现象：透明度、丁达尔效应、透射光颜色的变化，说明其稳定性的状况和原因。表8-1试管编号12

20、34567A溶胶/mL1234560B溶胶/mL5432106溶胶的颜色4. 凝聚法制备硫溶胶和松香溶胶改变分散介质和实验条件制备如下溶胶：1) 硫溶胶取少量硫磺多少？置于试管中，注入约2 mL酒精，酒精灯加热须知事项？到沸腾重复数次，使硫磺得到充分溶解，在未冷却前把适量上部清液倒入盛有20 mL水的小烧杯中搅匀，观察透明度变化情况，并用激光笔观察丁达尔效应。2) 松香溶胶取2%的松香酒精溶液一滴滴地参加50 mL蒸馏水中，不断搅拌，并用激光笔观察丁达尔效应。5. 胶溶法制备Fe(OH)3溶胶用量筒取1 mL的10%FeCl3溶液放在小烧杯中，加水稀释到10 mL。用滴管逐渐参加10%的氨水溶

21、液到稍微过量时为止如何判断？，抽滤须知事项？，用水洗涤沉淀数次。取沉淀放在另一烧杯中，加水20 mL，再参加10%FeCl3溶液约1 mL，用玻璃棒搅动并用电热套加热至沉淀消失，形成透明的溶胶，利用溶胶的光学性质加以鉴定。6. 胶体的聚沉作用和保护作用选做1) 憎液溶胶的聚沉 用移液管在3个干净的100 mL锥形瓶中各注入15 mL 纯化后的Fe(OH)3-3 KCl，摇动锥形瓶。注意，在开始明显有沉淀物出现时，即停止参加电解质，记下所用的溶液体积数重复一次取平均值。-3 的K2SO4-3 的K3Fe()6溶液重复上述操作滴定其余两个锥形瓶，并记下所用溶液体积数。2) 亲液溶胶对憎液溶胶的保护

22、作用按表8-2 的用量试验明胶对Fe(OH)3溶胶的保护作用混合后充分震荡再滴加KCl溶液 ，并记录实验现象。表8-2试管编号12345明胶(滴数)013510水(滴数)109750纯化后Fe(OH)3溶胶(mL)22222-3 KCl (mL)11111五、数据处理1、讨论各项实验的结果和实验现象；2、通过Fe(OH)3溶胶的聚沉实验比拟三种电解质聚沉值的大小，并判断胶粒带什么电？附：磁力加热搅拌器 说明书首先请检查磁力加热搅拌器随机配件是否齐全，然后装好夹具，把烧杯放在铝盘正中，参加溶液，放入搅拌子。按如下步骤操作：1、接通电源；2、开电源开关；3、调节调速旋钮：由慢至快调节到所需速度，不允许高速档起动，以免搅拌子因不可同步而跳动；4、需加热时，开加热开关，调节加热温度；5、需控温时，将温度传感器探头插入试验溶液中，调准温控仪的设定温度即进入温度自动控制工作状态。须知事项：1、 搅拌时发现搅拌子跳动或不搅拌时，请切断电源检查一下烧杯底是否平、位置是否正。2、 加热时间一般不宜过长，间歇使用延长寿命，不搅拌时不加热。3、 仪器应保持清洁枯燥，严格溶液流入机内，以免损坏机器，不工作时应切断电源。