胶体化学实验讲义

1-样品管 2-毛细 鼓出空气泡时，需要高出外部大气压的附加压力以克服气泡的表面张力，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为
（7.4）
式中Δp为附加压力，σ 为表面张力，r是气泡曲率半径。如果毛细管半径R'很小，则形成的气泡基本上是球形的，当气泡开始形成时，表面几乎是平的，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，附加压力则变小，直到气泡逸出。则由式(7.4)知，当r＝R'时最大附加压力为
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表面的溶剂化层，因此加入少量盐类不会引起明显的沉淀。但若加入酒精等能与溶剂紧密结合的物质，则能使亲液胶体聚沉。亲液溶胶的聚沉常常是可逆的，即加入过多的酒精物质时，聚沉的亲液溶胶又能自动地转变为胶体溶液。如果将亲液胶体加入憎液胶体中，则在绝大多数情况下，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。
改变实验条件如降低温度，使原来溶解的物质变成不溶物。
化学法凡能生成不溶产物的复分解反应、水解反应、氧化还原反应等，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，如电解质及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，则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。
0.010 mol.dm-3K2SO45 mol.dm-3KCl
0.1 mol.dm-3KCl0.1 mol.dm-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.化学反应法制备Fe(OH)3溶胶
液体表面张力测定装置 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。
四、实验步骤
1．打开微压差计并与大气相通校零（如何与大气相通？）。
2．测定纯水的最大泡压 （25℃时水的表面张力为71.9mN/m)。
(1)计算毛细管常数。
(2)计算各浓度溶液的表面张力。
(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σ～c图，以方程 进行拟合，方程求导计算斜率 ；
(b)由式 计算表面吸附量（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Γ～c图；
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10s～20s(数显微压差测量仪为5s～10s)。若形成时间太短，则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。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。
（7.2）
式中，Г为溶质在表层的吸附量; σ为表面张力; c为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。当 时，Г>0称为正吸附；当 时，Г<0称为负吸附。吉布斯吸附等温式应用范围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。
为了获得表面吸附量Γ，可先测定不同浓度溶液的表面张力，作σ～c曲线图，如图7-1 所示。在曲线上任选一点作切线，则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表面吸附量Γ，再作Γ～c图，如图7-2 所示，外推可在纵轴上得到溶液表面的饱和吸附量 ，则每个溶质分子在溶液表面所占据的截面积 为
在250 mL烧杯中放入100 mL蒸馏水，用电热套加热至沸（加表面皿盖）。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。
三、实验仪器和试剂
电热套及其配套电源和支架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100mL（3个）
烧杯500 mL（2个），250 mL（4个），100 mL（3个）
量筒100mL（1个），10mL（2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
（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：
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。
5．实验结束后，关闭微压差计，用蒸馏水洗净仪器。
注意事项：
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表明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。
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则吸附决定电势的离子或胶体粒子本身解离而产生的。AgI仅能微溶于水（9.7×10-7mol.dm-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，则不产生沉淀，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
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，透射光则成长波端的淡红色，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。
18cm表面皿1个普通漏斗1只
透析袋（22cm）1个吸量管50ml 1只
0.100 mol.dm-3Na2S2O30.100 mol.dm-3H2SO4
0.010 mol.dm-3KI 0.010 mol.dm-3AgNO3
10%FeCl3溶液10%氨水溶液
1%明胶溶液2%松香酒精溶液
1 mol.dm-3KCl0.001 mol.dm-3K3[Fe(CN)6]
{ (AgI)m.nAg+.( n - x)NO3-}x+.xNO3-
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子的价数的6次方成反比，即舒茨—哈代规则。
胶体稳定的原因是胶体具有聚结稳定性，即胶体表面带有电荷以及胶粒表面溶剂化层的存在，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表面电荷的多少（ξ的大小），加入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10-3mol.dm-3表示。
(c)计算 并作 ～c图，对该曲线按式 进行线性拟合；
(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，并用热渗析法进行纯化。
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。憎液溶胶的基本特征有三个：
（7.5）
实际测量时，使毛细管顶端刚与液面接触，则可忽略鼓泡所需克服的静压力，这样 恰好等于微压差计的最大读数，就可直接用式(7.5)进行计算。
由于直接测量毛细管的半径很不方便，所以实验时用一已知表面张力为 的液体测定其最大泡压 ，则待测液体的表面张力
（7.6）
三、仪器药品
数字式微压差测量仪 1 台
电弧法以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。
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。
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
凝结物质的蒸汽。
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。
c(mol/l)
0.50
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.16