一、实验目的
（1）通过电泳实验了解胶体粒子带电的特性及其在水中较稳定存在的原因；
（2）掌握电泳法测定Fe（OH）3溶胶ξ电位的原理和方法。
二、实验原理
水中污染物质按其存在形态不同可分为悬浮的、胶体的和溶解的三种。地表水常含有大量能使水体产生浊度和色度的胶体物质，颗粒粒径大小在1～100nm。胶体颗粒体积很小，能通过一般的滤料空隙；另外，胶体物质具有动力稳定性和聚集稳定性。其中，动力稳定性是由于胶体粒子很小，剧烈的布朗运动足以对抗重力作用影响，故能长期悬浮在水中。聚集稳定性是指胶体粒子之间不能相互碰撞聚集在一起的特性，这主要是由于胶体物质吸附某些离子后形成双电层结构，表面具有动电位（即ξ电位），带同种电荷相斥。若将胶体粒子的表面电荷消除或降低到一定值，便失去聚集稳定性，小颗粒就可以聚集成大的颗粒，使动力学稳定性遭到破坏，产生沉淀现象。在胶体溶液中加入大量电解质，使得与胶粒电荷相反的带电离子进入胶粒双电层，降低胶粒间的排斥势能等，都可使胶粒聚沉，特别是加入具有高价反离子的电解质，效果更显著。水处理过程中加入混凝剂压缩双电层，可将ξ电位降到一定程度。
由于胶粒表面吸附了一些与胶体结构相类似的带电离子，有些胶粒带正电，有些带负电，因此在外加静电场的作用下，可观察到胶体溶液做定向运动，称为电泳。通过实验可以计算出胶体双电层的ξ电位。ξ电位的数值可根据亥姆霍兹方程式计算：
式中：K——与胶粒形状有关的常数（球形胶粒K＝6，棒形胶粒K＝4，实验中均按棒形胶粒计算）；
ξ——胶体的电动电位；
η——介质（水）黏度，η＝0.010 05Pa·s（20℃），η＝0.008 94Pa·s（25℃）。
水的黏度可按下式：
式中：T——摄氏温度，℃；
u——电泳速度，即迁移速率，cm／s；
w——电位梯度，w＝E／L；
ε——介质的介电常数，考虑温度校正，lnεT＝4.474 226×10－3－4.544 26×10－3T，℃；
E——外加电场的电压，V；
L——两极间的距离（不是水平横距离，而是U形管的导电距离），cm。
对于一定溶胶而言，若固定E和L，测得胶粒的电泳速度（u＝d／t，d为胶粒移动的距离，t为通电时间），就可以求算出ξ电位。
三、实验仪器及试剂
（1）电泳测定管（1套）。
（2）烧杯（100mL，2个）。
（3）直流稳压器（1台）。
（4）FeCl3液（10%）。
（5）秒表（1块）。
（6）稀NaCl溶液。(www.xing528.com)
（7）铂电极（或铜电极）（2根）。
（8）稀HNO3溶液。
（9）量筒（100mL，1个）。
（10）刻度移液管（10mL，1个）。
（11）KCl溶液。
四、实验步骤
（1）将电极浸入稀HNO3溶液中数秒，然后用蒸馏水、稀NaCl溶液依次洗净，滤纸拭干后备用。
（2）Fe（OH）3溶胶的制备。用水解法制备Fe（OH）3溶胶：在100mL烧杯中加80mL蒸馏水，加热至沸腾，逐滴加入10mL 10%的FeCl3溶液，并不断搅拌，加完后继续沸腾5min，由水解得红棕色Fe（OH）3溶胶，冷却后即可使用。若有条件可用火棉胶制备半透膜纯化Fe（OH）3溶胶。制得的Fe（OH）3的结构式如下：
（3）Fe（OH）3溶胶电泳的定性观察和ξ电位的测定。
①用电导率仪在50mL烧杯中测量实验制备的Fe（OH）3溶胶的电导率，其值小于0.8×104μS／cm即可。将测好的Fe（OH）3溶胶从电泳仪（图4－8）的中间管子慢慢加入，直至液面在电泳仪立管的1／4高度。在另一干净的50mL烧杯中，配制KCl溶液，使其电导率与Fe（OH）3溶胶完全一样。用滴管吸取配制好的KCl溶液，小心地从电泳仪两边立管贴管内壁慢慢流入，使KCl溶液与溶胶之间始终保持清晰界面，并使两边立管中的溶胶界面近似保持在同一水平面上。
图4－8 电泳仪
将铂电极分别插入电泳仪两边立管溶液中约1cm处，准确记录界面的刻度，然后接通电泳仪直流电源，调节电压，使其保持在20～50V的某个确定值，观察界面位置的变化，记下准确的通电时间t（s）和溶胶面上升的距离d（cm），从伏特计上读取电压E（V），沿U形管中线量出两电极间的距离L（cm）（此数值测量5～6次，取平均值）。用pH试纸测量电泳前后两立管中HCl溶液酸度的变化，并解释此现象。
②实验结束后，拆除线路。用自来水洗电泳管多次，最后用蒸馏水洗一次。
③将数据代入公式中计算ξ电位。
五、注意事项
（1）利用公式求ξ电位时，除电压单位外，其他各物理量的单位都需用cm·g·s制（厘米·克·秒制）。
（2）电泳测定管须洗净，以免其他离子干扰。
（3）制备Fe（OH）3溶胶时，FeCl3一定要逐滴加入，并不断搅拌。
（4）电泳时，加辅助溶液一定要小心，务必保持界面清晰。
（5）量取两电极的距离时，要沿电泳管的中心线量取。
思考题
（1）地表水常存在的大量胶体物质为什么不能自然沉淀？
（2）Fe（OH）3溶胶胶粒带何种符号的电荷？为什么它会带此种符号的电荷？
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