Fe(OH)3溶胶的制备和电泳
目的 利用水解法制备氢氧化铁溶胶并用渗析法纯化；掌握测定胶粒电泳速率的方法并计算双电层电动电势。
实验原理
一、Fe(OH)3溶胶
由若干数量的低分子组成的1nm ～1μm 大小的固体质点分散于液体中即形成溶胶。固体质点称分散相，液体介质称分散介质。分散相和分散介质互不溶解，两者无亲合力，并存在很大的相界面，为不稳定体系，通常称之为憎液胶体。例如金溶胶、氢氧化铁溶胶等。 胶体的制备方法有两类，即分散法和凝结法。分散法是通过研磨，高热蒸发-凝聚，超声-空化撕碎等作用，将物质分散成细小的质点；凝结法是把物质的分子或离子聚合成胶体大小的质点。如凝结蒸气，或改变条件使溶解的物质变为不溶解，或通过化学反应生成一种不溶物等。
加热水解是实验室制备溶胶的常用方法。例如，FeC l3水解制备Fe(OH)3溶胶：
FeCl 3+3H2O= Fe(OH)3↓+3HCl
Fe(OH)3溶胶的质点结构可表示如下：
+-x+-{[Fe(OH)3]m ·nFeO·(n-x)Cl }·xCl
⎢ℵ胶核 ↵⎪
⎢ℵ 胶粒 ↵⎪
⎢ℵ 胶团 ↵⎪
胶核是溶胶质点的中心，由许多原子或分子聚集而成，其外围是固定吸附层，构成溶胶粒子的运动单位，叫做胶粒。胶粒的外围包围着扩散层。胶粒和扩散层构成胶团。
二、溶胶的电泳
1. 扩散双电层
溶胶质点由于选择性地吸附一定量的离子而使其表面带有电荷。由于静电吸引作用，质点周围的介质中分布着与质点表面电荷符号相反、数量相等的反离子，在质点的固-液界面上形成双电层。又由于介质中反离子的热运动，使得它们不能整齐地排列在固体质点附近，而是扩散地分布在质点的周围，形成“扩散双电层”。
在靠近质点表面的地方，由于强烈的静电吸引，一部分反离子紧密地附着在质点表面上，并浸于紧附着在表面的一个约1～2分子厚的溶剂化层中，与胶体质点一起运动，构成固定吸附层。在此固定层中有一个显著的电位降ψ0。在固定层外其余的反离子则扩散地分布在界面附近的液体中，形成扩散层。扩散双电层由固定吸附层和扩散层构成。扩散双电层的电位随离固定吸附层的距离而变化，随距离增大，液相中过剩的反离子减少，直至为零。当溶胶质点与介质作相对运动，即胶粒电泳时，溶胶质点上的固定吸附层随质点一起运动，构成一个滑动面。自滑动面到液体内部电势为零处的电位差称电动电势。
2. 电动电势的计算
由实验测定胶粒的电泳速度则可计算电动电势的数值。电动电势的计算公式与颗粒形状、大小和所用计算的单位制有关。对棒状粒子（氢氧化铁溶胶粒子的近似形状），在SI 单位制中，电泳速度与电动电势的关系式为
ζ=ηu/εE
式中η为介质的黏度，对水溶胶即为水的黏度，单位为Pa ·s ；u 为电泳速度，单位为m·s -1；
-1-1E 为电位梯度，单位为V ·m ；ε为介质的介电常数，单位为F ·m 。相对介电常数(εr ) 为介质
-12-1的介电常数ε与真空介电常数ε（ F ·m ）之比，无量纲。对于水，εr =80-0.4(T-293)。 08.845⨯10
仪器药品 电泳仪 直流电源 电导率仪 电磁搅拌 恒温水浴 600ml烧杯 250ml烧杯 停表 滴管 锥形瓶 量筒 小试管 细线绳或细铜丝 直尺 10%FeCl3溶液 6%火棉胶液 0.01MKCl 溶液 0.01MAgNO3溶液 0.1MKSCN溶液
实验步骤
1. 水解法制备Fe(OH)3溶胶 在200ml 烧杯中放约120ml 去离子水，加热至沸。在搅拌下
2.
3.
4.
5. 用滴管慢慢滴加5ml 10%FeC l 3溶液，在5min 内滴完。然后继续沸腾几分钟并不断搅拌，使之充分水解。水解后得深红棕色Fe(OH)3溶胶，约100ml 。室温下令其自然冷却待用。 制备半透膜 选择一只内壁光滑、充分洗净并烘干的150ml 锥形瓶，用量筒或带刻度的小烧杯取约15-20ml 6%的火棉胶液，倒入锥形瓶底中央，小心转动锥形瓶，使胶棉液在瓶内壁形成均匀的薄膜。倾出多余的火棉胶液，将锥形瓶倒置在铁圈上，让剩余的火棉胶液流尽并让乙醚挥发完。待用手指轻轻触及胶膜而无黏着感时，随即在瓶内加满去离子水，浸泡几分钟，使剩余在胶膜上的乙醇溶去。然后将水倒出，在瓶口剥开一部分膜，在胶膜和瓶壁之间注满去离子水，胶膜即可脱离瓶壁。轻轻取出膜袋并装入水，使之悬空，检查有无水渗出和有无漏洞。若有小洞，可擦干小洞口膜面，用玻璃棒蘸少许火棉胶液，轻轻触及洞口，即可补好。 纯化溶胶 用渗析法纯化Fe(OH)3溶胶。将已冷却的Fe(OH)3溶胶倒入半透膜袋，用细绳扎好袋口，吊于600ml 烧杯中（烧杯置电磁搅拌器上），加入约300ml 去离子水，使溶胶全部浸入水中。开启搅拌，水温保持在60 70℃。15-20分钟换一次水，每次换水前用两只小试管各取约1ml 渗析液。在一只试管中滴加一滴0.01M AgNO3溶液，在另一只- 2+试管中滴加一滴0.1MKSCN 溶液，以检验Cl 和Fe ，直至检验不出为止（一般渗析4-5次即可）。 测电导率 将溶胶和最后一次渗析液(用作辅助液) 冷至室温，测定电导率κ胶和κ辅。 若二者相差较大，可在渗析液中滴加去离子水或浓度为0.1M 的KCl 溶液调节，直至使二者电导率近乎相等。 测定电泳速度
（1）电泳仪必须先用洗涤剂充分洗，以除去管壁上可能存在的杂质。然后用自来水充分荡洗，洗掉洗涤剂残留液，再用去离子水润洗并将水尽量空干（内壁应不挂水）。
（2）将活塞擦净，涂上一薄层凡士林油，塞好并用橡皮筋套紧塞心。
（3）从中间管加入胶液，使两边管中液面升至4cm 刻度线（约需45ml 胶液）。
（4）用滴管小心向两侧管中滴加上述辅助液。开始时，两边均衡各滴加少许溶液并使之沿壁缓慢流下。当界面上已有一层辅助液时，可稍加快滴加速度，但仍必须使液体沿壁流下，不扰动界面，以保持两液相间界面清晰。切勿让液滴直接滴到液面上，否则会使界面受震而变模糊。如果发生溶液直接落下的情况，则必须停止滴加，待界面稳定后再开始。两臂辅助液高约4或5cm 即可。
（5）用辅助液淋洗铂电极，并将电极小心插入液下约1cm 处，尽量不扰动界面。铂电极应保持垂直并注意电极表面不要有气泡。
（6）打开电泳仪电源开关，按下“稳压”钮，调节输出电压在100V （注意调节速度不要太快）。待电压稳定后接通电极。观察界面情况，当界面清晰后打开停表，准确记录界面移动0.5，1.0，1.5，2.0cm 时所需时间。随时注意电泳过程中正负极的扩散和聚沉现象。根据界面移动方向和电极正负确定胶粒的带电符号。
（7）测量完毕关闭电源，取出电极，用去离子水淋洗干净，放好。用细铜丝或线绳测量两极间距离，测量数次取平均值。记录室温。
（8）回收电泳液，清洗电泳管。认真刷洗所用玻璃仪器（最好及时清洗）。
数据记录
室温 大气压
溶胶和辅助液的电导率
两极间距离
电泳电压
数据处理
1. 写出FeCl 3的水解反应式。
2. 列表处理电泳数据
3. 计算电泳速度u 和电动电势ζ。
4. 判断胶粒带何种电荷。
思考题
1. 什么叫电泳？
2. 如果电泳仪事先没有洗净，管壁上有微量残留电解质，对测量结果有什么影响？
3. 辅助液的电导率为什么要与所测溶胶的电导率相同？
4. 电泳速度的大小与哪些因素有关？
5. 电泳时两电极上的气泡是怎样产生的？
参考资料
1. 《物理化学实验》，北京大学化学学院物理化学实验教学组，第四版，北京大学出版社，2002年。
2. 《大学基础化学》，北京大学《大学基础化学》编写组，高等教育出版社，2003年6月。
3. 《物理化学实验》（第二版），复旦大学等编，蔡显鄂等修订，高等教育出版社，2003年5月第13次印刷。
4. 《物理化学实验》第二版，淮阴师范学院化学系编，上官荣昌等修订，高等教育出版社，2003年。
Fe(OH)3溶胶的制备和电泳
目的 利用水解法制备氢氧化铁溶胶并用渗析法纯化；掌握测定胶粒电泳速率的方法并计算双电层电动电势。
实验原理
一、Fe(OH)3溶胶
由若干数量的低分子组成的1nm ～1μm 大小的固体质点分散于液体中即形成溶胶。固体质点称分散相，液体介质称分散介质。分散相和分散介质互不溶解，两者无亲合力，并存在很大的相界面，为不稳定体系，通常称之为憎液胶体。例如金溶胶、氢氧化铁溶胶等。 胶体的制备方法有两类，即分散法和凝结法。分散法是通过研磨，高热蒸发-凝聚，超声-空化撕碎等作用，将物质分散成细小的质点；凝结法是把物质的分子或离子聚合成胶体大小的质点。如凝结蒸气，或改变条件使溶解的物质变为不溶解，或通过化学反应生成一种不溶物等。
加热水解是实验室制备溶胶的常用方法。例如，FeC l3水解制备Fe(OH)3溶胶：
FeCl 3+3H2O= Fe(OH)3↓+3HCl
Fe(OH)3溶胶的质点结构可表示如下：
+-x+-{[Fe(OH)3]m ·nFeO·(n-x)Cl }·xCl
⎢ℵ胶核 ↵⎪
⎢ℵ 胶粒 ↵⎪
⎢ℵ 胶团 ↵⎪
胶核是溶胶质点的中心，由许多原子或分子聚集而成，其外围是固定吸附层，构成溶胶粒子的运动单位，叫做胶粒。胶粒的外围包围着扩散层。胶粒和扩散层构成胶团。
二、溶胶的电泳
1. 扩散双电层
溶胶质点由于选择性地吸附一定量的离子而使其表面带有电荷。由于静电吸引作用，质点周围的介质中分布着与质点表面电荷符号相反、数量相等的反离子，在质点的固-液界面上形成双电层。又由于介质中反离子的热运动，使得它们不能整齐地排列在固体质点附近，而是扩散地分布在质点的周围，形成“扩散双电层”。
在靠近质点表面的地方，由于强烈的静电吸引，一部分反离子紧密地附着在质点表面上，并浸于紧附着在表面的一个约1～2分子厚的溶剂化层中，与胶体质点一起运动，构成固定吸附层。在此固定层中有一个显著的电位降ψ0。在固定层外其余的反离子则扩散地分布在界面附近的液体中，形成扩散层。扩散双电层由固定吸附层和扩散层构成。扩散双电层的电位随离固定吸附层的距离而变化，随距离增大，液相中过剩的反离子减少，直至为零。当溶胶质点与介质作相对运动，即胶粒电泳时，溶胶质点上的固定吸附层随质点一起运动，构成一个滑动面。自滑动面到液体内部电势为零处的电位差称电动电势。
2. 电动电势的计算
由实验测定胶粒的电泳速度则可计算电动电势的数值。电动电势的计算公式与颗粒形状、大小和所用计算的单位制有关。对棒状粒子（氢氧化铁溶胶粒子的近似形状），在SI 单位制中，电泳速度与电动电势的关系式为
ζ=ηu/εE
式中η为介质的黏度，对水溶胶即为水的黏度，单位为Pa ·s ；u 为电泳速度，单位为m·s -1；
-1-1E 为电位梯度，单位为V ·m ；ε为介质的介电常数，单位为F ·m 。相对介电常数(εr ) 为介质
-12-1的介电常数ε与真空介电常数ε（ F ·m ）之比，无量纲。对于水，εr =80-0.4(T-293)。 08.845⨯10
仪器药品 电泳仪 直流电源 电导率仪 电磁搅拌 恒温水浴 600ml烧杯 250ml烧杯 停表 滴管 锥形瓶 量筒 小试管 细线绳或细铜丝 直尺 10%FeCl3溶液 6%火棉胶液 0.01MKCl 溶液 0.01MAgNO3溶液 0.1MKSCN溶液
实验步骤
1. 水解法制备Fe(OH)3溶胶 在200ml 烧杯中放约120ml 去离子水，加热至沸。在搅拌下
2.
3.
4.
5. 用滴管慢慢滴加5ml 10%FeC l 3溶液，在5min 内滴完。然后继续沸腾几分钟并不断搅拌，使之充分水解。水解后得深红棕色Fe(OH)3溶胶，约100ml 。室温下令其自然冷却待用。 制备半透膜 选择一只内壁光滑、充分洗净并烘干的150ml 锥形瓶，用量筒或带刻度的小烧杯取约15-20ml 6%的火棉胶液，倒入锥形瓶底中央，小心转动锥形瓶，使胶棉液在瓶内壁形成均匀的薄膜。倾出多余的火棉胶液，将锥形瓶倒置在铁圈上，让剩余的火棉胶液流尽并让乙醚挥发完。待用手指轻轻触及胶膜而无黏着感时，随即在瓶内加满去离子水，浸泡几分钟，使剩余在胶膜上的乙醇溶去。然后将水倒出，在瓶口剥开一部分膜，在胶膜和瓶壁之间注满去离子水，胶膜即可脱离瓶壁。轻轻取出膜袋并装入水，使之悬空，检查有无水渗出和有无漏洞。若有小洞，可擦干小洞口膜面，用玻璃棒蘸少许火棉胶液，轻轻触及洞口，即可补好。 纯化溶胶 用渗析法纯化Fe(OH)3溶胶。将已冷却的Fe(OH)3溶胶倒入半透膜袋，用细绳扎好袋口，吊于600ml 烧杯中（烧杯置电磁搅拌器上），加入约300ml 去离子水，使溶胶全部浸入水中。开启搅拌，水温保持在60 70℃。15-20分钟换一次水，每次换水前用两只小试管各取约1ml 渗析液。在一只试管中滴加一滴0.01M AgNO3溶液，在另一只- 2+试管中滴加一滴0.1MKSCN 溶液，以检验Cl 和Fe ，直至检验不出为止（一般渗析4-5次即可）。 测电导率 将溶胶和最后一次渗析液(用作辅助液) 冷至室温，测定电导率κ胶和κ辅。 若二者相差较大，可在渗析液中滴加去离子水或浓度为0.1M 的KCl 溶液调节，直至使二者电导率近乎相等。 测定电泳速度
（1）电泳仪必须先用洗涤剂充分洗，以除去管壁上可能存在的杂质。然后用自来水充分荡洗，洗掉洗涤剂残留液，再用去离子水润洗并将水尽量空干（内壁应不挂水）。
（2）将活塞擦净，涂上一薄层凡士林油，塞好并用橡皮筋套紧塞心。
（3）从中间管加入胶液，使两边管中液面升至4cm 刻度线（约需45ml 胶液）。
（4）用滴管小心向两侧管中滴加上述辅助液。开始时，两边均衡各滴加少许溶液并使之沿壁缓慢流下。当界面上已有一层辅助液时，可稍加快滴加速度，但仍必须使液体沿壁流下，不扰动界面，以保持两液相间界面清晰。切勿让液滴直接滴到液面上，否则会使界面受震而变模糊。如果发生溶液直接落下的情况，则必须停止滴加，待界面稳定后再开始。两臂辅助液高约4或5cm 即可。
（5）用辅助液淋洗铂电极，并将电极小心插入液下约1cm 处，尽量不扰动界面。铂电极应保持垂直并注意电极表面不要有气泡。
（6）打开电泳仪电源开关，按下“稳压”钮，调节输出电压在100V （注意调节速度不要太快）。待电压稳定后接通电极。观察界面情况，当界面清晰后打开停表，准确记录界面移动0.5，1.0，1.5，2.0cm 时所需时间。随时注意电泳过程中正负极的扩散和聚沉现象。根据界面移动方向和电极正负确定胶粒的带电符号。
（7）测量完毕关闭电源，取出电极，用去离子水淋洗干净，放好。用细铜丝或线绳测量两极间距离，测量数次取平均值。记录室温。
（8）回收电泳液，清洗电泳管。认真刷洗所用玻璃仪器（最好及时清洗）。
数据记录
室温 大气压
溶胶和辅助液的电导率
两极间距离
电泳电压
数据处理
1. 写出FeCl 3的水解反应式。
2. 列表处理电泳数据
3. 计算电泳速度u 和电动电势ζ。
4. 判断胶粒带何种电荷。
思考题
1. 什么叫电泳？
2. 如果电泳仪事先没有洗净，管壁上有微量残留电解质，对测量结果有什么影响？
3. 辅助液的电导率为什么要与所测溶胶的电导率相同？
4. 电泳速度的大小与哪些因素有关？
5. 电泳时两电极上的气泡是怎样产生的？
参考资料
1. 《物理化学实验》，北京大学化学学院物理化学实验教学组，第四版，北京大学出版社，2002年。
2. 《大学基础化学》，北京大学《大学基础化学》编写组，高等教育出版社，2003年6月。
3. 《物理化学实验》（第二版），复旦大学等编，蔡显鄂等修订，高等教育出版社，2003年5月第13次印刷。
4. 《物理化学实验》第二版，淮阴师范学院化学系编，上官荣昌等修订，高等教育出版社，2003年。