探索电解质pH种类以及浓度对高白泥普通泥电动电位的影响

设计性化学综合实验探索pH、电解质种类、以及浓度对高白泥、普通泥电动电位的影响学号：200910210226姓名：邹发华专业班级：09无非2班指导老师：熊春华老师完成日期：2012-6-5材料科学与工程学院2探索pH、电解质种类、以及浓度对高白泥、普通泥电动电位的影响姓名：邹发华专业班级：09无非2班学号：200910210226指导老师：熊春华一、实验目的1.用宏观电泳仪（U-型管电泳仪）测定高白泥、普通泥粘土胶体的电泳速度并计算电动电位2.了解电解质的pH，以及电解质的种类、浓度对电泳速度的影响二、实验任务和要求实验任务：分别设计实验对当pH、电解质种类、以及浓度不同时，测定普通泥、高白泥的电动电位。实验要求：利用无机材料物理化学实验一（粘土——水系统的双电子层实验）中的仪器——宏观电泳仪（U-型管电泳仪）测定高白泥、普通泥粘土胶体的电泳速度并计算电动电位，计算各组实验的电动电位，根据所得实验数据规律，得出pH、电解质种类、以及浓度对高白泥、普通泥电动电位有何影响的规律。三、实验仪器设备及其依据测定胶体电泳速度的方法大致可分为两种：一为宏观的胶体界面移动法，另一种为微观的颗粒移动法，相应地电泳仪也分为两类，（1）宏观电泳仪——用肉眼观察胶体界面的移动以测定电泳速度，可以U-型管电泳仪为仪表。（2）微观电泳仪——在显微镜或超显微镜下观察胶体移动，以测定电泳速度，可分为在载玻瓶与毛细管两种。本实验采用界面移动法。界面移动法的优点是宏观电泳仪设备简单，但在测定过程中为保持清晰的界面有一定的困难。四、实验原理（1）高白泥与普通泥的区别高白泥和普通泥的主要区别在于普通泥含铁量大概在0.5%~0.8%，高白泥含铁量小于0.5%，两者之间的白度主要是用它们的含铁量的差异所决定的。相对普通泥高白泥中铝和硅的含量高,泥色度白,粘性更好。(2)粘土胶体的电动电位ζ-电位的产生粘土颗粒分散在水中，阳离子受到粘土胶粒对它的静电引力（靠近粘土颗粒）及阳离子本身的热运动产生的扩散力（离开粘土颗粒）。受力结果使阳离子分布由多到少。吸附层与粘土形成一整体带负电，扩散层带正电。在外电场作用下，吸附层向正极运动，扩散层向负极运动，两者相对移动所产生的电位差即为ζ-电位。ζ-电位因吸附层与扩散层各带有相反的电荷，所以相对移动时两者之间就存在电位3差，这个电位差称为电动电位或ζ-电位。粘土质点表面与扩散层之间的总电位差称为热力学电位差（用E表示），ζ-电位则是吸附层与扩散层之间的电位差，显然Eζ。电解质对电动电位或ζ-电位影响1.ζ-电位的高低与阳离子的浓度有关。ζ-电位随扩散层增厚度而增高，这是由于溶液中离子浓度较低，阳离子容易扩散而使扩散层增厚。当离子浓度增加，致使扩散层压缩，ζ-电位也随之下降。当离子浓度进一步增加直至扩散层中的阳离子全部压缩至吸附层内，ζ-电位等于零也即等电态。2.ζ-电位的高低与阳离子的电价有关。黏土吸附了不同阳离子后，由于不同阳离子所饱和的黏土其ζ-电位值与阳离子半径、阳离子电价有关。一般有高价阳离子或某些大的有机离子存在时，往往会出现ζ-电位改变符号的现象。用不同价离子饱和的黏土其ζ-电位次序为M+-粘土的ζ-电位M2+-粘M3+-粘土（其中吸附OH2为例外）。而不同价阳离子饱和的黏土其ζ-电位次序随着离子半径增大，ζ-电位降低。这些规律主要与离子水化度及离子同黏土吸引力强弱有关。黏土胶体的电动电位受到黏土静电荷和电动电荷的控制，因此凡是影响这些带电性能的因素都会对电动电位产生作用。黏土胶粒的ζ-电位值一般在-50mv以上。（-50~60mv）。（3）pH值对黏土胶体ζ-电位的影响因为黏土颗粒带负电，所以当滴加酸时，黏土颗粒接收氢离子与其发生反应，产生的影响不大，区别不宜看出。故只需考虑ph7时对黏土胶体ζ-电位的影响。（4）电泳法测电动电位原理电泳是胶体体系在直流电场的作用下，胶体分散向某一电极移动的电动现象。胶体分散相之所以有电泳现象，是由于胶粒（胶体分散相）与液相（胶体分散介质）接触时，在胶粒表面形成了扩散双电层，在扩散双电层的滑动面上产生电动电位。ζ-电位的大小与电泳速度成正比，因此可以根据电泳速度的大小来研究胶粒的电位及带电性质等情况。电动电位与热力学电位有所不同，后者是指胶体粒子与溶液的电位差，即固——液体之间的电位差，而ζ-电位是胶粒溶剂化层界面到均匀液相内的电位。胶粒移动时，厚度为DC的溶剂化层中的反离子随之移动，因此对于均匀也行内部具有电动电位。胶粒应看作是固相粒子和溶剂化层的总体，胶体的移动不时固——液之间的相对移动。而是固相所带的溶剂化膜（液相）与另一部分（包过扩散层）之间的相对移动。图ζ-电位下降曲线及电解质对ζ-电位的影响4这样，我们也就可以推知电解质对ζ-电位的影响。当电解质浓度增大时，就会压缩扩散层（见图中扩散层厚度C被压缩为C！），ζ-电位也随之下降（见图中NC！线）。当扩散层厚度被压缩成CD时，ζ-电位就等于零。其次电解质的离子价和水化能力对ζ-电位也有影响，如对同一种黏土来说，当加入电解质浓度一定时，各种阳离子对ζ-电位也有影响，符合夫曼斯特顺序，即电价越低，水化离子半径越大的阳离子，越能使扩散双电层加厚，ζ-电位增大。五、实验步骤1、在50ml水中，加入1g左右的普通泥，混匀2、清洗电泳管，将泥浆从电泳管加入到两活塞以上，关闭活塞。3、注入辅助溶液到U型管，使两管液面水平，高度相差1~2cm，且正端水位低，负端水位高。4、插入铂金电极，接好线路，主注意确定正、负极。5、缓慢打开开关，先开正极端，后开负极端，使正端的泥浆面很清晰，此刻度记作起始刻度点。6、打开电源，电压调制200V，开始记录时间与移动距离，并记录界面移动方向（向正极或负极）。7、依次加入2滴、4滴32COK，2滴、4滴32CONa，2、4滴32SiONa，和ph=7、9、11、12的碱溶液，重复上述操作。8、另外在做一组高白泥的实验9、结果处理六、实验内容和步骤实验数据处理实验数据记录：普通泥：加入电解质s（mm）t（s）vL(cm)空白2.5308200302滴32COK480200304滴32COK575200302滴32CONa485200304滴32CONa568200302滴32SiONa393200304滴32SiONa510920030高白泥：加入电解质s（mm）t（s）vL(cm)空白3129200302滴32COK360200304滴32COK352200302滴32CONa370200304滴32CONa6105200302滴32SiONa4135200304滴32SiONa1015020030普通泥：ph值s（mm）t（s）vL(cm)72.53082003091.52532003011129520030121302200305高白泥：ph值s（mm）t（s）vL(cm)731092003091100200301111502003012115320030求电泳淌度ｕ=(S/t)*H求电动电位ζ=4πuη/D其中：ζ——以伏特表示（×300×300）数据一：电解质的种类、以及浓度对普通泥£——电位的影响数据二：pH对普通泥、高白泥ζ-电位的影响电解质的种类、以及浓度对普通泥ζ——电位的影响电解质浓度空白2滴4滴32CONa0.07650.44370.69332COK0.47120.628232SiONa0.30420.4329电解质的种类、以及浓度对高白泥ζ——电位的影响电解质浓度空白2滴4滴32CONa0.21960.40410.538232COK0.47120.543632SiONa0.2790.62826七、实验结果讨论以及实验方案评价阴离子相同的电解质，阳离子半径大的，对ζ-电位的增加越明显。阳离子相同时，碳酸根离子的作用比硅酸根对提高ζ-电位的作用明显。实验结果中同一种电解质中，浓度增加，ζ-电位也增加，这与当电解质浓度增大时ζ-电位也随之下降相矛盾。胶体碱性越强，其ζ-电位越小，甚至接近于零电位。实验方案评价：实验步骤设计是合理，但是实际操作过程中，往往由于实验操作不当，对胶体界面的正确观察不合理，以致界面移动一定距离时，所记录的时间不对，最终产生了有违背实验常理的一个数据。八、讨论题1、测定过程中的主要困难是什么？如何解决？答：测定结过程中最主要的困难是胶体界面不易观察清楚，有以下两个方面的原因：一是负端压力不够大，而是因为正端界面附件有絮状物出现使得胶体界面不清晰。可以往负端再加入辅助溶液到U型管。2.由测定结果可说明什么问题？答：基本印证了pH、电解质种类、以及浓度对高白泥、普通泥电动电位影响规律。但是实际操作过程中，往往由于实验操作不当，对胶体界面的正确观察不合理，以致界面移动一定距离时，所记录的时间不对，最终产生了有违背实验常理的一个数据。九、参考文献1.胡志强.无机材料科学基础.北京：化学工业出版社，2003