净化和性质

Preparation，Purification and Properties of Colloid Solution

一、实验目的

(1)了解溶胶的制备和净化方法。

(2)熟悉溶胶的光学、电学性质。

(3)掌握影响溶胶稳定性的因素。

二、预习要点

(1)复习有关溶胶和大分子溶液的稳定性因素，及其聚沉的方法，并比较两者的联系和区别。

(2)思考并回答下列问题:

①写出制备Fe(OH)3溶胶、Sb2S3溶胶的反应式和胶粒结构。

②如果条件改变:①把Fe Cl3溶液加到冷水中; ②把1mol·L－1Na2S溶液加到浓酒石酸锑钾溶液中。能否得到Fe(OH)3和Sb2S3溶胶?为什么?

③溶胶是热力学不稳定体系，但在一定条件下可以长期稳定存在，为什么?如何破坏胶体?举出两个日常生活中或生产上应用和破坏胶体的例子。

三、实验基本原理

溶胶是一种多相分散体系。它是介于真溶液和悬浊液之间的分散系，溶胶具有以下基本特征: ①是多相体系，相界面大，胶粒大小在1～100nm之间;②是动力学稳定体系; ③是热力学不稳定体系。制备溶胶方法有分散法和凝聚法。制得的溶胶中，常会带有一些低分子量溶质及电解质等杂质，可用透析法使溶胶净化。

溶胶的光学性质是因为溶胶胶粒的直径略小于入射光波长，胶粒对光产生散射作用而造成的。当一束光线通过溶胶，在光束的垂直方向可以观察到一个光柱，这种溶胶对光的散射作用称为Tyndall效应。

由于胶粒表面带有电荷，因此具有双电层结构，所以溶胶分散相粒子在外电场作用下，可以向带电荷相反的电极方向泳动，这种现象称为电泳。

溶胶是热力学不稳定体系，溶胶有自动聚结变大的趋势而沉降。向溶胶中加入一定量的电解质后就能使它聚沉。聚沉能力的大小通常用沉降值表示，沉降值是使溶胶发生聚沉所需电解质的最小浓度值，其单位用mmol·L－1表示。两种带有相反电荷的溶胶相混合也可以发生聚沉。加热也可以降低溶胶的稳定性。

向溶胶中加入适量的高分子溶液(如动物胶)，可以增加溶胶的稳定性。即高分子溶液对溶胶有保护作用。但是如果加入的量很少，则不但不能起保护作用，反而降低其稳定性，促使其聚沉，这种现象称为敏化作用。

四、仪器和试剂

仪器: 电泳管及电泳仪，观察Tyndall效应的装置(或激光笔)，烧杯(100 m L)，量筒(10m L，50m L)，试管(15×150)，玻棒，酒精灯，透析袋，层析缸，滴管。

试剂: Fe Cl3(0．1mol·L－1)，酒石酸锑钾溶液(0．4%，W/V)，KSCN (0．1mol·L－1)，HCl(0．0004mol·L－1)，Na Cl(0．005mol·L－1)，Ca Cl2(0．005 mol·L－1)，Al Cl3(0．005mol·L－1)，动物胶溶液(1%，W/V)，硫化氢(饱和溶液)，Na Cl(5%，W/V)，Ag NO3(0．1mol·L－1)，蒸馏水。

五、实验内容

1． 溶胶的制备

(1)用水解反应制备Fe(OH)3溶胶: 在250m L烧杯中，放入120m L蒸馏水，加热至沸，慢慢地滴入0．1mol·L－1Fe Cl3溶液12m L，并不断搅拌，加完后继续煮沸1～2min，则有红棕色Fe(OH)3溶液生成。写出反应式及胶粒的结构，制得的Fe(OH)3溶胶留下备用。

(2)用复分解反应制备Sb2S3溶胶: 在100m L烧杯中盛放0．4m LW/V酒石酸锑钾溶液50m L，然后滴加饱和硫化氢溶液，并适当搅拌，直到溶液变成橙红色溶胶为止，写出反应式，制得的Sb2S3溶液留下备用。

2． 溶胶的净化——透析

将制得的Fe(OH)3溶胶注入透析袋中，用线拴住袋口，置于盛有蒸馏水的烧杯中，每隔20min换一次水，同时分别用Ag NO3和KSCN试剂检测水中的Cl－和Fe3+离子。透析至不能检出Cl－和Fe3+离子为止。

3． 溶胶的光学性质和电学性质

(1)溶胶的光学性质——Tyndall效应: 将制得的Fe(OH)3溶胶和Sb2S3溶胶，分别放入试管中，用激光笔的光源作为入射光照射溶胶溶液，观察Tyndall现象。

(2)溶胶的电学性质——电泳: 简单的电泳管是一U形管(图3－14)。首先将U形管用洗液及蒸馏水洗净烘干，注入制备的Fe(OH)3溶胶; 然后分别在两侧管内的溶胶面上小心地加上一层纯水，使溶胶与纯水间保持清晰的界面，在U形管的两端各插一根铂电极，接通直流电，缓慢调节电压，过一段时间后，即可看到溶胶界面发生移动，根据移动的方向，判断溶胶胶粒的电性。

图3－14 电泳管示意图

用同样的方法进行Sb2S3溶胶的电泳实验，观察结果。

4． 溶胶的聚沉

(1)取三支干燥试管，每支试管中各加入Sb2S3溶胶1m L;边振荡边向1号试管中滴加0．005mol·L－1Na Cl溶液，向2号试管中滴加0．005mol·L－1Ca Cl2溶液，向3号试管中滴加0．005mol·L－1 Al Cl3溶液，均至溶液刚呈现浑浊为止。记下加入每种电解质溶液引起溶胶发生聚沉所需的最小量，估算每种电解质的聚沉值。简要说明所需电解质溶液的数量与它们的阳离子电荷间的关系。

(2)取一支试管，分别加入Fe(OH)3溶胶和Sb2S3溶胶各2m L，混合并振荡试管，观察所出现的现象，并解释之。

(3)取一支试管，加入Sb2S3溶胶2m L，加热至沸，观察有何变化?并加以解释。

5． 动物胶的保护作用和敏化作用

(1)保护作用，取两支试管，在一支试管中加入1%(W/V)动物胶溶液2m L，另一支试管中加入蒸馏水2m L，然后在每支试管中各加入Sb2S3溶胶2m L，并小心振荡试管约3min，再向每支试管中各滴加5%(W/V)Na Cl溶液1滴，摇匀，观察两支试管中聚沉现象有何差别，试解释聚沉现象不同的原因。

(2)敏化作用: 取两支试管，各加入Sb2S3溶胶3m L，在一支试管中加入1%(W/V)动物胶溶液1滴，在另一支试管中加入5%(W/V)Na Cl溶液1滴，摇匀，观察两支试管中的聚沉现象，试解释出现差别的原因。

六、实验记录与结果

按照下表要求记录并解释实验现象:

(编者: 刘绍乾)