zata电位测定实验(粘土—水系统的双电层实验)

2.7 zata电位测定实验(粘土—水系统 的双电层实验) 2.7.1 实验目的 观察并熟悉粘土胶粒的电泳现象， 即用宏观电泳仪测定粘土胶体的电 泳速度并计算其Zeta电位；了解不 同种类及数量的电解质对Zeta电位 的影响。

2.7 粘土—水系统的双电层实验 2.7.2 实验内容 1. 原理 电泳是胶体体系在直流电场的作用 下胶体分散相在分散介质中作定向 移动的电动现象。

2.7 粘土—水系统的双电层实验 按照Gouy-chapman提出并由Stein发 展的扩散双电层模型，胶体分散相 的电泳现象是由于胶粒与液相接触 时。在胶粒周围形成了连续扩散双 电层，并在扩散双电层的滑动面上 相互均匀液相介质具有一个电位即 Zeta电位( -电位)。

2.7 粘土—水系统的双电层实验 根据静电学原理， -电位的数值与 电泳速度有下列关系： ζD u 4 式中：u为电泳速度，D为分散介质 的介电常数； 为分散介质的粘度。 因此，依据电泳速度的大小可以研 究胶粒的电动电位和带电性质等情 况。

2.7 粘土—水系统的双电层实验 必须明确，电动电位与热力学电位 ( )不同，后者是指胶核与均匀液 相间的电位差，即固—液间的电位 差；而 -电位是胶粒表面吸附层界 面到均匀液相的电位(图2-7-1)。 与此相应，胶粒移动是胶核核厚度 为 的带相反离子的吸附层共同移动。 因此，胶粒移动是胶体 -电位与外 电场的作用结果。

2.7 粘土—水系统的双电层实验 由双电层模型推知，电介质对 -电 位有明显影响，当电介质浓度增大 时，扩散双电层受到压缩(见图中 扩散层厚度d被压缩d’,吸附层从 变到 '),于是 -电位也随之下降。

2.7 粘土—水系统的双电层实验

图2-7-1 扩散双电层与 -电位

图2-7-2 U形管界面移动电泳仪装置图

1.整流稳压输出端；2. 直流电压表；3. 铂电极；4. 电泳管； 5. 辅助溶液(蒸馏水);6. 泥浆；7. 活塞

2.7 粘土—水系统的双电层实验 当扩散层的厚度逐渐压缩至吸附层厚度 时， -电位也就不存在了。此外，电介 质的离子电位和水化能力对 -电位也有 影响。对同一种粘土来说，当加入电解 质浓度一定时，各种阳离子对 -电位的 影响符合赫夫曼斯特次序，即电价愈低， 水化离子半径越大的阳离子，愈能使扩 散双电层加厚， -电位增大。

2.7 粘土—水系统的双电层实验 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——肉眼观察胶体界面的移动，以 测定电泳速度。可以U形管电泳仪为代表。(2) 微观电泳仪—

—在显微镜下观察胶粒的移动， 以测定电泳速度。此类电泳仪可分载波片式与 毛细管两种。测定方法应根据实际情况适当选 用。本实验采用U形管界面移动电泳仪。

2.7 粘土—水系统的双电层实验 2. 仪器及装置 U形管界面电泳仪示于图7-2中。 3. 实验步骤 (1) 称取一定量的粘土，研磨后配制 成胶体溶液，使其浓度为0.2 wt%。 (2) 将配制好的胶体溶液加入U形管， 使液面超出两活塞，关闭活塞，倾 出活塞上部的胶体溶液，

2.7 粘土—水系统的双电层实验 (3) 用蒸馏水洗净活塞上的管子。 (4) 在活塞以上的管子内注入辅助溶 液至一定的高度，并使两端水平。 (5) 插入铂电极，并测出两铂电极之 间的距离。 (6) 接好线路，确定正负极，将稳压 器接上电源，一分钟后再逐步升高 电压到120V~150V之间。

2.7 粘土—水系统的双电层实验 (7) 打开活塞，并同时接下秒表，待 泥浆液面上升到一定位置时，记录 时间和相应的移动距离以及界面移 动的方向(向正极移动或向负极移 动)。 (8) 加入不同种类的电解质到胶体溶 液中(U形管的两端各加1滴或2滴), 经充分摇匀后，重复上述操作。

2.7 粘土—水系统的双电层实验 4. 实验结果与处理 S u (1) 求电泳淌度： t H S—界面移动距离(cm) T—与S对应的移动时间(sec) H—平均电位剃度，即单位长度内的电 V 压， H L L—铂电极之间的距离

2.7 粘土—水系统的双电层实验4 πηu (2) 求电动电位 D

u —以cm/s,V/cm计 —以伏特(V)表示( 3002) 3002 —绝对单位与伏特的换算系数 D —液体的介电常数，水的介电常数为 80 —液体的粘度，以泊表示，与测定时 的温度有关。

2.7 粘土—水系统的双电层实验 2.7.3 思考题 1. 根据实验结果，判断粘土胶粒带 何种电荷？并从理论上加以说明。 2. 在胶体溶液中加入阳离子(或阴 离子)时， -电位如何变化？为什 么？ 3. 分析你的实验结果中影响电泳速 度、 -电位的因素有哪些？