Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Работа 14. ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА
Цель работы: определение электрокинетического потенциала дисперсных систем электрофоретическим методом: исследование влияния состава дисперсионной среды на ^-потенциал.
Для изучения электрофореза удобно использовать гидрозоль гидр-оксида железа или синтетические латексы.
Частицы золя гидроксида железа могут перемещаться к аноду или катоду. При синтезе золя методом гидролиза хлорида железа (111) в кипящей воде на поверхности частиц избирательно адсорбируются ионы Fe3+ или Fe(OH)2+ (потенциалобразующие ионы), которые содержатся в полученном слабокислом растворе в значительном избытке но сравнению с содержанием ионов ОН-. В результате образуется устойчивый золь, частицы которого заряжены положительно.
В том случае, когда в растворе имеется избыток щелочи, например КОН, поверхность частиц гидрозоля железа заряжается отрицательно.
Синтетические латексы представляют собой дисперсии частиц полимера в воде, получаемые полимеризацией мономера, например стирола, в присутствии ПАВ. Молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности частиц, образующихся из полимерных молекул. Если молекулы ПАВ способны диссоциировать на ионы, как, например, олеат натрия СпНззСООМа, то частицы латекса получают заряд и приобретают электрофо-ретическую подвижность.
Электрофоретическая подвижность частиц дисперсной фазы определяется величиной ^-потенциала. В соответствии с уравнением (III. 16) толщина диффузного слоя, а отсюда и ^-потенциал уменьшаются с ростом концентрации электролита (при постоянной концентрации потен-циалобразующих ионов и постоянных значениях температуры и диэлектрической проницаемости).
Для определения ^-потенциала экспериментально находят скорость перемещения заряженных частиц дисперсной фазы в электрическом поле. При микроэлектрофорезе измеряют скорость перемещения индивидуальной частицы дисперсной фазы под микроскопом.При макроэлектрофорезе (или просто электрофорезе) определяют скорость перемещения границы раздела золь-—контактная жидкость, в качестве которой используется либо дисперсионная среда золя, либо раствор электролита, электропроводность которого равна электропроводности золя.
Определив сдвиг а границы раздела золь — контактная жидкость
УЗ
Рис. 32. Схема прибора для проведения электрофореза:
1 — электрофоретическая трубка; 2 — краны; 3 — электроды; 4 — гайки крепления; 5—сосуд; 6 — зажим; 7 — резиновый шланг.
за время т, рассчитывают электрофоре™-ческую подвижность:
"эФ = чг-'-гТ (Ш-40)
где Е — напряженность электрического поля; Е — расстояние между электродами, V—приложенная разность потенциалов.
Из уравнений (111.17) и (III. 40) следует, что значение ^-потенциала пропорционально электрофоретической подвижности:
.. ч»эф
- = ku
эф
(iii. 41)
Электрофорез проводят в U-образной градуированной стеклянной трубке / (рис. 32), снабженной двумя кранами 2, диаметры каналов которых равны диаметру трубки. Резиновым шлангом 7 трубка соединена с сосудом 5, в который наливают исследуемый золь. Внешняя разность потенциалов подается к металлическим электродам 3, изготовленным из платины или титана.
На одном стенде монтируются четыре электрофоретические трубки, которые параллельно подключают к сети постоянного тока, что позволяет исследовать зависимость ^-потенциала частиц золя от природы и концентрации вводимого электролита.
Порядок работы с прибором следующий. Трубку тщательно промывают дистиллированной водой, открывают краны 2 (см. рис. 32) и зажим 6, отвинчивают две крепежные гайки 4 и снимают электрофорети-ческуго трубку со стенда вместе с металлическими планками, с помощью которых трубка монтируется к стенду.
Поднимают электрофоретическую трубку, так чтобы верхняя ее часть была приблизительно на одном уровне с сосудом 5. В сосуд 5 наливают 50 мл золя, при этом золь заполняет резиновый шланг и поднимается на некоторую высоту в трубке /. Чтобы получить четкую границу раздела золь — контактная жидкость, необходимо удалить пузырьки воздуха, которые остаются в соединительных шлангах и около кранов. Для этого сначала продавливают резиновый шланг 7 в нескольких местах, затем опускают электрофоретическую трубку настслько, чтобы в нее почти полностью перешел золь из сосуда 5. После этого трубку приподнимают, так чтобы после обратного перетекания части золя в сосуд 5 в коленах трубки осталась жидкость, уровень которой был бы на 1—2 см выше кранов 2. Операцию подъема и опускания трубки повторяют 3—4 раза. Краны поворачивают на 180° и аналогично несколько раз перемещают трубку вверх и вниз до полного удаления пузырьков воздуха.
Выбрав такое положение трубки, чтобы над кранами находилось немного золя (1—2 см), закрывают краны 2 и зажим 6. Золь, оставшийся над кранами, выливают в колбу, тщательно промывают оба
94
колена водой и соответствующей контактной жидкостью. Укрепляют электрофоретическую трубку на стенде гайками 4.
В оба колена трубки наливают такое количество контактной жидкости, чтобы она заполнила каждую трубку над кранами 2 на ~3/4 ее высоты. Добавляя пипеткой некоторое количество контактной жидкости, добиваются равного уровня ее в коленах трубки.
