实验十二电泳一、目的要求掌握电泳法测ζ电势的原理和技术；从实验现象中加深对胶体的电学性质的理解，即在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象（因电而动）。二、基本原理1．电泳由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象。影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，pH值和粘度；电泳的温度和外加电压等。从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。2．三种电势：热力学电势（或平衡电势），固体表面相对溶液的电势，=f（固体表面电荷密度，电势决定离子浓度）。??：斯特恩电势。离子是有一定大小的，而且离子与质点表面除了静电作用外，还有范德华吸引力。所以在靠近表面1-2个分子厚的区域内，反离子由于受到强烈的吸引，会牢固的结合在表面，形成一个紧密的吸附层，称为固定吸附层或斯特恩层；在斯特恩层中，除反离子外，还有一些溶剂分子同时被吸附。反离子的电性中心所形成的假想面，称为斯特恩面。在斯特恩面内，电势呈直线下降，由表面的直线下降到斯特恩面。称为斯特恩电势。?：电动电势。当固、液两相发生相对移动时，紧密层中吸附在固体表面的反离子和溶剂分子与质点作为一个整体一起运动，其滑动面在斯特恩面稍靠外一些。滑动面与溶液本体之间的电势差，称为电势。电势与电势在数值上相差甚小，但却具有不同的含义。应当指出，只有在固、液两相发生相对移动时，才能呈现出电势。电势的大小，反映了胶粒带电的程度。电势越高，表明胶粒带电越多，其滑动面与溶液本体之间的电势差越大，扩散层也越厚。当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使电势在数值上变小当电解质浓度足够大时，可使电势为零。此时相应的状态，称为等电态。处于等电态的胶体质点不带电，因此不会发生电动现象，电泳、电渗速度也必然为零，这时的溶胶非常容易聚沉。3．电泳公式当带电胶粒在外电场作用下迁移时，胶粒受到的静电力f1为：(1)其中q为胶粒的电荷，E为电场强度(或称为电位梯度)本次实验研究的Fe(OH)3为棒形胶粒。棒形胶粒在介质中运动受到的阻力f2按Stokes定律为：(2)其中r为胶粒的半径，为电泳速度，为介质的粘度，当胶粒运动速度即电泳速度达到稳定时，f1=f2，结合(1)、(2)式得到：(3)根据静电学原理可知(4)其中r为胶粒的半径，为介质的界电常数，所以有(5)(6)由该式可知，若已知、，可通过测定和E算出电势。该式只适合于C·G·S单位制，且得出电势的单位为静电伏特。若各物理量都采用SI单位，r的单位为m；的单位为m·s-1；的单位为Pa·s；E的单位为V·m-1此时公式为：伏特(7)三、仪器与试剂界面移动电泳仪；213型铂电极两个；高压数显稳压电源；滴管2根；烧杯（250mL）；玻璃棒一根；FeC13溶液（10%）；KCl溶液（mol·L-1）；四、实验步骤1．仪器装置图如下。图1.实验装置图2．溶胶的制备：在不断搅拌的条件下、将FeC13稀溶液滴入沸腾的水中水解，即可生成棕红色、透明Fe(OH)3溶胶：FeCl3+3H2OFe(OH)3↓+3HCl部分氢氧化铁跟盐酸作用Fe(OH)3+HCl=FeOCl+2H2OFeOCl=FeO++Cl－氢氧化铁吸附溶液中带正电荷的离子（FeO+），胶团结构为：{[Fe(OH)3]m?yFeO+,(y-z)Cl-}z+?zCl-分子团选择吸附离子紧密层扩散层胶粒带正电荷，因此在电场作用下向阴极移动，出现电泳现象。3．测定电泳速度和电位梯度打开活塞，在电泳仪中装上待测Fe(OH)3溶胶至一定高度（便于观察界面的移动）。用滴管将KCl溶液从电泳仪两臂的玻璃管壁等量缓慢加入，出现清晰界面才可以，否则重新灌装，继续加入KCl溶液至接近支管，注意不能扰动界面，保持界面清晰并使两臂界面等高。轻轻地将Pt电极垂直插入KCl溶液，记下两边界面的高度位置。接通电源，调节电压至180V左右，开始记时，观察液面的变化。根据通电时间和界面下降的刻度计算电泳速度。注意事项：a:氢氧化铁胶体的电泳速度跟氢氧化铁胶粒的带电量有关，胶粒带电量越大，电泳速度越大。渗析可以减少胶粒中的氯离子，增大胶粒的带电量。b:实验时，一旦通电，手就不能再触及电极，拆卸装置时也一定要先切断电源。c:要使氯化钾溶液浮在胶体的液面上，并跟胶体之间保持清晰的界面，实验时应注意使胶体的密度比使氯化钾溶液的密度大。这样，使氯化钾溶液加入后不会下沉而跟胶体混在一起。为此，氯化钾溶液的浓度不能太大。五、数据记录与处理从直流电源读得电压U=V，用直尺测得两电极间的距离=m，计算E=U/l=V·m-1；记录界面下降高度m，通电时间s，计算=m·s-1将E、数据代入，为介质的界电常数，为介质的粘度，初略地以水的数据代入求出。（20℃，水）=F·m-1（20℃，水）=·s
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