胶体的电动现象
演示实验D胶体的电动现象实验
深圳大学实验报告课程名称：物理化学实验（2）实验项目名称：演示实验胶体的电动现象实验学院：化学与化工学院专业：指导教师：报告人：学号：班级：实验时间：2012.12.21实验报告提交时间：2012.12.27教务部制Ⅰ、目的要求1、了解胶体粒子的结构，了解电泳及电动现象的概念，掌握电动电势的意义。
2、 掌握应用电泳技术测定胶体溶液ζ电势的原理和技术。
Ⅱ、实验原理在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中作定向移动称为电泳。
根据扩散双电层的物理模型，得到胶粒的ζ电势由下式表示，（XX-1）式中：ζ为电动电势，伏特；K 为无量纲常数，球状胶粒K=6，棒状胶粒K=4；η为介质的粘度，Pa.s ；u 为胶粒相对移动速率，ms -1；ε=εr ε0为介质的介电常数，Fm -1；E 为电势梯度，Vm -1。
对于电泳， 0(p316,8-28)r uEηζεε=印永嘉式中，εr 是介质相当于真卡的介电常数，本实验取81； ε0是真空的介电常数，8.85×10-12Fm -1； η是介质的黏度，本实验取0.001 Pa.s ； E 是电势梯度，Vm -1； u 是电泳速率，ms -1.Ⅲ、实验仪器和实验试剂EuKV επηζ=/Ⅳ、实验操作步骤（一）Fe(OH)3溶胶的制备和净化1、将0.5g无水FeCl3溶于20mL蒸馏水中，在搅拌的情况下将上述溶液滴入200mL沸水中（控制在4min～5min内滴完），然后再煮沸1min～2min，即制得Fe(OH)3溶胶。
2、溶胶净化半透膜袋的制备：将约20mL火棉胶液倒入干净的250mL锥形瓶内，小心转动锥形瓶使瓶内壁均匀铺展一层胶膜，倾出多余的棉胶液，将锥形瓶倒置于铁圈上，待溶剂挥发完（此时胶膜已不沾手），用蒸馏水注入胶膜与瓶壁之间，使胶膜与瓶壁分离，将其从瓶中取出，浸入蒸馏水中待用。
3、溶胶的净化：将冷至约50℃的Fe(OH)3溶胶转移至半透膜袋中，袋外用约50℃的蒸馏水渗析净化，约10min换水1次，共渗析5次，或者渗析到用AgNO3溶液测定渗析纯化液中不再含有氯离子为止。
电渗_电泳_-_环境科学与工程学院解读
实验五电泳电渗二、原理电渗属于胶体的电动现象。
电动现象是指溶胶粒子的运动与电性能之间的关系。
一般包括电泳、电渗、流动电位与沉降电位。
电动现象的实质是由于双电层结构的存在，其紧密层和扩散层中各具有相反的剩余电荷，在外电场或外加压力下，它们发生相对运动。
电渗是指在电场作用下，分散介质通过多孔膜或极细的毛细管而定向移动的现象。
若知道液体介质的粘度，介电常数，电导率，只要测定在电场作用下通过液体介质的电流强度I，和单位时间内液体流过毛细管的流量v，可根据下式求出电势。
操作步骤：（一）具体操作方法1按照实验装置图所示安装电渗仪。
2测定电渗时液体的流量v和电流强度I。
反复测量正、反向电渗时的流量v值各三次，同时记录各次的电流值。
3测定液体的电导率。
（二）注意事项计算SiO2对水的电势时，注意各物理量的单位。
在法定计量单位实行之后，计算公式中不应有4。
（三）提问：固体粉末样品粒度太大，电渗测定的结果重现性差，其原因何在？四、总结（一）数据处理计算各次电渗测定的v/I值，取其平均值，将液体的电导率和v/I的平均值代入上式，可求得SiO2对水的电势。
1．实验目的（1）掌握电泳法测定ζ电势的原理与技术；（2）加深理解电泳是胶体中液相和固相在外电场作用下相对移动而产生的电性现象。
（3）通过电渗法测定SiO2对水的电势，掌握电渗法测定电势的基本原理和技术。
2加深理解电渗是胶体中液相和固相在外电场作用下相对移动而产生的电性现象。
2．实验原理胶体溶液是一个多相体系，分散相胶体和分散介质带有数量相等而符号相反的电荷，因此在相界面上建立了双电层结构。
但在外电场的作用下，胶体中的胶粒和分散介质反向相对移动。
就会产生电位差，此电位差称为ζ电势。
ζ电势和胶体的稳定性有密切关系。
∣ζ∣越大，表明胶体的荷电越多，胶体之间的斥力越大，胶体越稳定。
反之，则不稳定。
当ζ等于零时，胶体的稳定性最差，此时可观察到聚沉的现象。
因此无论制备或破坏胶体，均需要了解所研究胶体的ζ电势。
胶体的电学性质[业界优制]
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COOH
阴离子水分散聚丙烯酰胺胶粒带负电：
阳离子淀粉胶粒带正电：
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3
2 、 离子吸附作用
胶粒可通过对介质中阴、阳离子的不等量吸附而带电。如：金属氢氧 化物通过吸附H+或OH-而带正电荷或负电荷。
判断优先吸附离子的规律有两个： （a）水化能力弱的离子易被优先吸附。水化能力强的留在溶液中，通常
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6
5、 摩擦带电
在非水介质中（或非极性介质），胶粒的 电荷来源于分散相（胶粒）与分散介质的 运动摩擦。
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7
三、双电层理论
反离子概念： 胶粒表面带电时，由于整个分散体系是电中性的，为了维持体系的电中
性，在分散介质中必然存在与胶粒表面电荷数量相等而符号相反的离子。 同离子概念：
与固体表面带电符号相同的离子。
阳离子的水化能力比阴离子强，所以胶粒带负电的可能性比较大。 （b）Fajans规则：即能与胶粒组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附。 如AgNO3与KI溶液反应制备AgI胶体。 当AgNO3过量,胶粒将优先吸附Ag+带正电；当KI过量，则优先吸附I-
而带负电。
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4
“电势决定离子”：被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度
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5
4、 晶格取代
例：（1）粘土由铝氧八面体和硅氧四面体的晶格组成。
晶格中的Al3+、Si4+往往有一部分被低价的Mg2+或
Ca2+取代（同晶置换），使粘土晶格带负电。为保持
体系的稳定（电中性），粘土胶粒表面吸附一些正离
子。
例：（2）分子筛骨架的基本结构是硅氧四面体和铝氧 四面体，相当于Al3+取代了—Si—中的Si4+，所以分子 筛在水性体系中也带负电。
胶体电泳现象和原理
胶体电泳现象和原理
胶体电泳现象是指在电场作用下，胶体颗粒会在电场中发生移动的现象。
胶体电泳的原理是靠电场力驱动胶体颗粒的运动。
在电场作用下，胶体颗粒表面的电荷会受到电场力的作用，从而产生电荷分布不均匀，即在胶体颗粒表面形成正负电荷的电层。
当外加电场方向与胶体颗粒表面电层中的电离离子移动方向相同时，正离子会向胶体颗粒的负电荷一侧移动，负离子则向胶体颗粒的正电荷一侧移动，从而形成了电双层。
电场力使得离子迁移速率大于胶体颗粒的运动速率，导致胶体颗粒在电场作用下发生移动。
胶体电泳的原理还涉及到电渗流的效应。
胶体颗粒的运动会引起周围液体的移动，形成了电渗流。
电渗流产生的剪切力与离子迁移速率不同，会影响胶体颗粒的移动速度，进而改变胶体的运动方向和速率。
值得注意的是，胶体电泳还受到胶体颗粒的形状、尺寸、表面电荷密度、溶液浓度等因素的影响，这些因素会对胶体颗粒的移动速度和方向产生影响。
胶体带电的主要原因
胶体带电的主要原因胶体颗粒带电的主要原因可以归结为以下几个方面：1.电双层效应：在溶液中，胶体颗粒表面一般带有电荷，这是由于介质中存在大量的溶质离子和胶体颗粒表面活性基团之间的相互作用。
当溶剂中存在电解质时，正负电离子会围绕着胶体颗粒的表面聚集形成电双层，其中正离子（如Na+）排列在胶体颗粒表面附近，而负离子（如Cl-）则位于电双层外部。
这种电双层的形成使得胶体颗粒带有电荷。
2.界面离子化：胶体颗粒的表面活性基团可以与溶液中的离子发生化学反应，形成表面电荷。
例如，胶体颗粒表面的羟基（-OH）基团可以与酸或碱反应，产生正负电荷。
这种界面离子化的过程也是胶体带电的重要原因之一3.胶体颗粒大小和形状：胶体颗粒的大小和形状对其带电性也有一定影响。
通常情况下，较小的颗粒更容易带电，并且球形颗粒带电更多。
这是因为小颗粒具有比大颗粒更大的表面积，从而使得电荷在其表面分布更加密集。
4.pH值的影响：溶液的pH值对胶体颗粒的带电性有很大影响。
在不同的pH值条件下，溶液中的溶解离子浓度会发生变化，从而改变了电双层的结构和电荷性质。
例如，在低pH值条件下，溶液中的氢离子浓度增加，会导致正离子浓度增加，进而使胶体颗粒带正电荷；而在高pH值条件下，溶液中的氢离子浓度降低，会导致负离子浓度增加，使胶体颗粒带负电荷。
总之，胶体带电的主要原因是由于其颗粒表面的活性基团与溶液中的离子发生化学反应或形成电双层效应。
胶体的带电性对于其稳定性和相互作用具有重要影响，在许多领域如胶体科学、药物输送和环境污染等领域中具有广泛的应用价值。
胶体的电学性质
为胶粒的Zata电位，又叫动电位。
2 、电渗
①电渗现象 在外加电场作用下，带电的介质通过多孔膜或半径
为1～10 nm的毛细管作定向移动，这种现象称为电渗。 外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度
的增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。 电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、
泥炭和染料的干燥等。
图中，3为多孔膜，可 以用滤纸、玻 璃或棉花等 构成；
也可以用氧化铝、碳 酸钡、AgI等物质构成。
如果多孔膜吸附阴离 子，则介质带正电， 通 电时向阴极移动；
在U型管1,2中盛电解质溶液，将电极5,6接通直流电 后，可从有刻度的毛细管 4中，准确地读出液面的变化。
3、流动电势
其规则是：离子晶体表面从溶液中优先吸附 能与它晶格上离子生成难溶或电离度很小化合物 的离子。
例： AgI溶胶： AgNO3 + KI →AgI + KNO3
若 AgNO3过量，则AgI胶粒吸附Ag＋ 而带正电； 若 KI过量，则AgI胶粒吸附I－ 而带负电。
b）溶胶粒子表面上的某些分子、 原子可发生电离
液槽
气体 加压
多孔 塞
定义：
在外力作用下，迫使液 体通过多孔隔膜（或毛 细管）定向流动，在多 孔隔膜两端所产生的电 势差，称为流动电势。
该过程可认为是电渗 的逆过程
电位差计
4、沉降电势
在重力场的作用下，带电的 分散相粒子，在分散介质中迅 速沉降时，使底层与表面层的 粒子浓度悬殊，从而产生电势 差，这就是沉降电势。
胶体的电学性质
• 1.胶粒带电现象 • 2.胶粒带电的原因 • 3.溶胶的电动现象 • 4. 扩散双电层理论
胶粒带电现象
常见胶体及胶粒带电的原因
常见胶体及胶粒带电的原因胶体是由两种或多种物质组成的混合体系，其中至少有一种物质为微细颗粒状悬浮于另一种物质中。
常见的胶体包括乳液、乳胶、溶胶、泡沫等。
胶体颗粒的带电状态是胶体体系中的重要特征。
其带电性是由于胶体颗粒表面存在电离物种或官能团引起的，主要有以下几种原因：1. 浸润膜某些情况下，胶体颗粒表面会被一层称为浸润膜的物质包裹，使得颗粒带有电荷。
例如，乳液是由液滴悬浮于另一种液体中，液滴表面被薄膜包裹。
该膜通常由溶剂分子、表面活性剂或吸附层组成，这些物质可以带电离物种，从而使得颗粒带电。
2. 静电效应当两种不同材料接触时，若一个材料具有较高的电导率，而另一个材料则具有较低的电导率，电荷会在两者之间产生迁移和分离，从而在两个材料之间产生静电。
在胶体中，可以通过在颗粒表面引入电离物种，从而在胶体颗粒表面形成静电效应，使颗粒带电。
例如，通过在聚合物颗粒表面引入带电离物种，可以使胶体颗粒带有正负电荷。
3. 动态离子吸附在溶液中，胶体颗粒表面通常会吸附带电离子。
这些离子可以来自于胶体颗粒周围的电解质溶液，也可以是在胶体颗粒自身溶解时释放出的离子。
通过选择适当的电解质浓度和性质，可以控制胶体颗粒表面带电物种的种类和数量，从而调节颗粒的带电性质。
4. 质子化/脱质子化反应某些物质的带电性质可以通过质子化（化学反应中的质子（H+）转移）或脱质子化（化学反应中的质子（H+）捐赠）反应产生。
例如，聚酸胶体在酸性环境下会失去质子而产生负电荷，而在碱性环境下会重新获得质子而失去电荷。
总之，胶体颗粒带电的原因主要包括浸润膜、静电效应、动态离子吸附以及质子化/脱质子化反应。
这些带电物种的存在使得胶体颗粒之间相互吸引或排斥，从而影响胶体体系的性质和行为。
对于理解和应用胶体科学具有重要意义。
常见的胶体的带电情况
常见的胶体的带电情况：1.胶粒带正电荷的胶体有：金属氧化物、金属氢氧化物。
例如Fe(OH)3、Al(OH)3等。
2.胶粒带负电荷的胶体有：非金属氧化物、金属硫化物、硅酸胶体、土壤胶体。
3.胶粒不带电的胶体有：淀粉胶体。
4.特殊的，AgI胶粒随着AgNO3和KI相对量不同，而带正电或负电。
若KI过量，则AgI胶粒吸附较多I-而带负电；若AgNO3过量，则因吸附较多Ag+而带正电。
注意：胶体不带电，而胶粒可以带电。
胶体电性（1）正电:一般来说,金属氢氧化物、金属氧化物的胶体粒子带正电荷,如Fe(OH)3 ,Al(OH)3 ,Cr(OH)3 ,H2TiO3 ,Fe2O3 ,ZrO2 ,Th2O3（2）负电:非金属氧化物、金属硫化物的胶体粒子带负电荷,如As2S3 ,Sb2S3 ,As2O3 ,H2SiO3 ,Au ,Ag ,Pt.（另外土壤胶粒子也带负电）（3）不带电：像淀粉溶液,蛋白质溶液一类的高分子胶体粒子是不带电的.（4）胶体粒子可以带电荷,但整个胶体呈电中性聚沉（Coagulation）.胶体稳定的原因是胶粒带有某种相同的电荷互相排斥,胶粒间无规则的布朗运动也使胶粒稳定.因此,要使胶体聚沉、其原理就是：中和胶粒的电荷或加快其胶粒的热运动以增加胶粒的结合机会金属氧化物和金属氢氧化物胶体微粒一般带正电荷,非金属氧化物和金属硫化物胶体微粒一般带负电荷,很多有机物胶体微粒带负电荷,硅酸胶体带负电荷Soul丶0152 2014-09-29追问：那氢氧化铁为什么带负电追答：氢氧化铁带的是正电追问：我们答案上说氢氧化铁胶体带负电追答：胶体粒子的电性判断没有绝对的标准，咱说的都是一般情况，氢氧化铁胶体一般都是带正电，你说的这个题是不是有特别说明在什么样的溶液中，或者其他条件胶体粒子的带电：胶体粒子吸附溶液中的离子而带电，当吸附了正离子时，胶体粒子荷正电，吸附了负离子则荷负电。
不同情况下胶体粒子容易吸附何种离子，与被吸附离子的本性及胶体粒子表面结构有关。
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电 极 辅助液
对辅助液要求 ： 1、 1、胶体与辅助液无化学反应。
2、与胶体有相同导电能力。
（一般用超滤液，即除去胶粒 后的分散介质→疏液溶胶。
极稀KCl→亲液溶胶）
胶体（比重大于辅 助液，带色更好） 假定胶体带正电，向负极移动负极支管界 面上升。
当金属溶解倾向大于金属离子沉积倾向时，则金属表面带负电层，靠近金属 表面附近处的溶液带正电层，这样便构成“双电层”。相反，若沉积倾向大 于溶解倾向，则在金属表面上形成正电荷层，金属附近的溶液带一层负电荷。 由于在溶解与沉积达到平衡时，形成了双电层，从而产生了电势差，这种电 势差叫电极的平衡电极电势，也叫可逆电极电势。金属的活泼性不同，其电 极电势也不同，因此，可以用电极电势来衡量金属得失电子的能力。
双电层双电层
流动电势
含有离子的液体
在加压或重力等外力
的作用下，流经多孔
膜或毛细管时会产生
电势差。 这种因液体流动而
产生的电势称为流动
电势。
（二）、胶体四种动电现象简述
1、电泳：通电后，粒子移动。粒子带正电 向负极移动，带负电想正极移动。胶粒在电 场中的这种移动叫电泳。 电泳错动的方式是：固体动，液体不动。 2、电渗：液体在外加电场影响下透过多孔 性固体的现象。 电渗错动方式：固体不动，液体动。发生液 体动。发生在多孔性固体中无数毛细管管壁 上的双电层错动 。
低时，蛋白质分子带正电，pH较高时，则带负电荷
当蛋白质分子所带的净电荷为零时，这时介质的 pH称为蛋白质的等电点。在等电点时蛋白质分子的 移动已不受电场影响，它不稳定且易发生凝聚。
（3）同晶置换
黏土矿物中如高岭土，主要由
铝氧四面体和硅氧四面体组成，而与周围4个氧的电
荷不平衡，要由正离子来平衡电荷。 这些正离子在介质中会电离并扩散，所以使黏土
2、电动现象：双电层的两个平行电层， 其平行方向相互错动的现象。
-
-----++++++
+
将双电层放在电场中,使 双电层的平行方向与电 场方向一致,则平行着的 两个电层在电场作用下 发生错动.正电层向负极 移动,负电层向正极移动。
根据双电层错动的情况，胶体动电现象可分为 四种，即电泳、电渗、流动电位和沉降电位。
Cu 2 Cu 2 Cu 2 Cu 2
2
丹尼尔电池
铜片
德国科学家W. Nernst对电极电势产生机理作了较好 的解释。当把金属插入其盐溶液中时，金属表面上的 正离子受到极性水分子的作用，有变成溶剂化离子进 入溶液而将电子留在金属表面的倾向。金属越活泼、 溶液中正离子浓度越小，上述倾向就越大。与此同时， 溶液中的金属离子也有从溶液中沉积到金属表面的倾 向，溶液中的金属离子浓度越大、金属越不活泼，这 种倾向就越大。当溶解与沉积这两个相反过程的速率 相等时，即达到动态平衡.
3、流动电位：施加一种机械压力使液体流过 多孔性固体，则在多孔性固体的两端会产生阻 碍液体流动的电位，称之为流动电位。
电渗是：外加电力引起液体流动。 流动电位是：外加压力引起液体流动而产生电位。
4、沉降电位：固体粒子在液体中迅速次降时 容器上部的液体与容器底部的液体之间所产生 的电位，是电泳的逆转。
固体表面上产生定位离子的原因如下： （1）吸附 胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某 种离子，使胶粒带电。 例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量，
则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过
量，则优先吸附I 离子，胶粒带负电。
-
（2）电离
对于可能发生电离的大分子的溶胶而
言，则胶粒带电主要是其本身发生电离引起的 例如蛋白质分子，当它的羧基或胺基在水中解离 时，整个大分子就带负电或正电荷。当介质的pH较
电泳：外加电压使粒子移动。 沉降电位：重力作用使固体粒子沉降移动而产生电位。
四种动电现象可以表示如下：
动电现象 外加电压引起 的双电层错动 电泳 电渗 机械力引起的 双电层错动 流动电位
互为逆转
次降电位
二者都很小， 用直流伏特计
互为逆转
才能测出
三、电泳实验及应用
外加电压800-100V直流电
二 电动现象
（一）电动现象
Zn
盐桥
Cu
+
ZnSO4 (aq)
CuSO4 (aq)
1、
Zn与ZnSO4形成双电层， 双电层就象一个电容器，两个 层是相互平行的，具有一定电 位。
2 Zn e e Zn 2 e 2 e Zn 2 Zn
Zn片
Cu 与CuSO4，Cu表面吸附Cu （固体表面吸附 离子），也能产生Cu2+ / Cu
§2-3 界面带电机理
一 界面带电现象
1 任何两相接触都会形成一个相界面，界面区 (约几个分子大小范围内)出现电势差,即表现出界 面带电现象。 2 界面带电的原因可分为两个方面： ① 两个不同相的离子的絮合能不同（如s-l） ② 两相的电子亲和能不同（如s-s）
在固体表面的带电离子称为定位离子
120-600直流电源上
+
B
C
D
- 当纸条被A浸湿后，
B
在D上滴上蛋白质 溶液，过一段时间， 将纸条取下，晾干， 然后用HgCl2两滴溶 液或用溴酚兰显色。 能达到鉴定分离目 的。如用此法研究 肝炎患者的血清。
A：pH稳定的缓冲液
B：铂电极 D：纸条
A A 纸条电泳实验图
C：玻璃板
3、电泳速度测定 ①超显直接测定 ②化学分析法 ③界面移动法
D
D
B
若溶胶带负电，向正电极移动，靠 近正电极浓度大，负电极管上冒出
B
此实验可以判断胶体带电情况
C
A：活塞 C：U形玻璃管
电泳管
B：缩小的细管
D：支管，
2、应用 ①橡胶电镀：电泳使橡胶的乳状液 汁凝结而镀在金属、布匹、木材上。
②获得优良的陶瓷用黏土：用水玻 璃将黏土制成稳定的悬浮体，用电 泳技术将细黏土沉积在正电极上， 再连续刮下来。
微粒带负电。如果被或同晶置换，则黏土微粒带的负 电更多。
（4）溶解量的不均衡
离子型固体物质如AgI，
在水中会有微量的溶解，所以水中会有少量的银离子
和碘离子。 例如：将AgI制备溶胶时，由于Ag 较小，活动能
力强，扩散快，比I 容易脱离晶格而进入溶液，使 AgI胶粒带负电。
-
+
电泳、