1、实验 35 电渗一、目的用电渗法测定 SiO2对水的 电势观察电渗现象，了解电渗法实验技术概要。二、基本原理电渗是胶体常见的电动现象的一种。早在 1809 年,就观察到在电场作用下，水能通过多孔沙土或粘土隔膜的现象(图.97)。这种现象是胶体常见的电动现象的一种。多孔固体在与液体接触的界面处因吸附离子或本身电离而带电荷，分散介质则带相反的电 荷。在外电场的作用下,介质将通过多孔固体隔膜贯穿隔膜的许多毛细管而定向移动,这 就是电渗现象。电渗与电泳是互补效应。由于液体对多孔固体的相对运动，不发生在固 体表面上，而发生在多孔固体表面的吸附层上。这种固体表面吸附层和与之相运动的液 体介质间的电势差，叫
2、做电动电势或 电势。因此，通过电渗可以测求电 势,从 而进一 步了解多孔周体表面吸附层的性质。电渗的实验方法原则上是要设法使所要研究的分散相质点固定在静电场中（通以直 流电） ，让能导电的分散介质向某一方向流经刻度毛细管，从而测量出其流量（ 3） 、在测量出（或查出)相同温度下分散介质的特性常数和通过的电流后，即可算出 电势。设电渗发生在一个半径为 r 的毛细管中，又设固体与液体接触界面处的吸附层厚度为 ( 比 r 小许多,因此，双电层内液体的流动可不予考虑)，若表面电荷密度为 加于长为 的毛细管两端的电势差为l电势梯度为 ，则界面单位面积上所受的电力为 UllUF当液体在毛细中流动时，界面单
3、位面积上所受的阻力为 vdxf式中 -电渗速度-液体的黏度当液体匀速流动时 ，即fFvlU（ II .199）l假设界面处的电荷分布情况类似于一个处在介电常数为 的液体中平板电容器上的电荷分布，其电容为 4SQC式中 -电荷量-面积S由此可得（ II .200）4SQ将式（ II .199）代入式（ II .200）中，得（ II .201）lU4若毛细管的截面积为 ，单位时间内流过毛细管的液体量为 ，则AV（ II .202）lUAV4而 （ II .202）kAIlIIR1式中 -通过二电极间的电流I-二电极间的电阻-液体介质的电导率。k将式（ II .203）代入式（ II .202）
4、，得 IkV4用式（II.204）计算 电势，可用实验方法测 、 和 值，而值可从手册中查得。式 中所有电学量必须用绝对静电单位表示。、采用我国法定计量单位时，若 单位为 -1cm-1， 为 ,液体流量kIA为 ， 为 ， 为 时，则式（II.204）应为V1-3scmsPaV（II.205）IkIkV6210.3403在上述推导过程中，忽略了毛细管壁的表面电导。事实上，毛细管壁的表面电导不能忽略，所以应将 换成 ，其中 为毛细管k)(ASks壁的圆周长度， 为毛细管壁单位圆周长度的表面电导率。但将式skII .204推广应用到粉末固体隔膜时，表面电导率校正项很 难计算。通常液体介质的电导率大
5、于浓度为 0.001molL-1的 KCl 溶液的电导率，且粉末固体粒度在 50m 以上时，表面电导率可以忽略不计。本实验中,由于纯水的电导率较低,故采用式(II.204)或式(II.205)计算时将引入一些误差。三、仪器与试剂电渗仪 1 台，停表 1 块，直流毫安表 1 块，高压直流电源（2001000V） （也可用 B 电池串联代替）1 台。石英粉（80100 目 A.R.)。四、操作步骤1.安装电渗仪电渗仪的结构如图 II.98 所示。刻度毛细管 D(可用 1mL 移液管改制)通过连通管 C 分别与铂丝电极它 E、F 相连(为使加于样品两端之电场均匀,最好用二铂片电极)。K 为多孔薄瓷板
6、，A 管内装粉末样品,在毛细管的一端接有另一根尖嘴形的毛细管 G,G 的上端装一段乳胶管 H,乳胶管只可用一弹簧夹 I夹紧。通过 G 管可将一个测量流速用的空气泡压人毛细管 D 中。2 装入样品将 80 100 目的 SiO2粉与蒸馏水拌和的糊状物用滴管注入 A管中，盖上瓶塞 B。水份经 K 滤出，拔去钼电极 E、F,从电极管口注入蒸馏水，至钼丝电极能浸入水中为止。检 査不漏水后,插上铂电极。用吸耳球从 G 管压入一小气泡至 D 的一端，夹紧螺夹 I。将整个电渗仪浸入恒温槽(20、25、35)中,恒温 10min 以待测定。 3 测定 、 和 值VIk在电渗仪的两钼丝电极间接上 2001000
7、 V 的直流电源，中间串一毫安表、耐高压的电源开关 K 和换向开关如图 II.99 所示。调节电源电压，使电渗时，电渗仪毛细管 D 中气泡从一端刻度至另端刻度行程时间约 20 s 左右。然后正确测定此时间，求出单位时间内毛细管中气泡所移动过的体积,此体积即为液体介质(水)在单位时间内通过 A 室的 体积。利用换向开关，可使 E、F 二电极的极性倒向，而使电渗方向倒向。由于电源电压较高，操作时应先切断电源开关，然后改换换向开关，再接上耐高压的电源开关，反复测量正、反向电渗时流量 V 值各 5 次,取平均值，求出液体流量 V 值。同时,在测量时调节电压,保持 值恒定。由毫安表读下 值。I I改变电
8、源电压，使 D 管中气泡行程时间改为 15、25s。测定相应的流量 V 和电流 值。拆去电渗仪电源，用电导仪测定电渗仪中I蒸馏水的电导率 值。注意：由于使用高 压电源，操作时应注意安k全。五、数据处理 计算各次测定的 值，并取平均值。lV将 的平均值和 代入式（ II .204） ，计算 SiO2对水的 电势。lVk 测定时注意水的方向和 2 个钼电极的极性，从而确定 电势是正值还是负值。六、思考题为什么毛细管 D 中气泡在单位时间内所移动过的体积就是单位时间内流过试样室 A 的液体量？固体粉末样品颗粒太大,电渗测定结果重演性差,可能的原因是什么？ 讨论影响 电势测定的因素有哪些？六、参考文献1 复旦大学等编.物理化学实验(上册).北京：人民教育出版社，1979 2 东北师范大学等编.物理化学实验.第 2 版.北京：高等教育出版社，1989 3 周祖康，顾锡人，马季铭编著.胶体化学基础.北京：北京大学出版社，19874 李葵英编著.界面与胶体的物理化学.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998
