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二、实验原理
胶体溶液是一个多相体系,分散相胶粒和分散介质带有数量相等而符号相反的电荷,因此在相界面上建立了双电层结构。
当胶体相对静止时,整个溶液是电中性。
但在外电场作用下,胶体中的胶粒和分散介质反向相对移动时,就会产生电位差,此电位差称为ζ电势。
ζ电势是表征胶粒特性的重要物理量之一,在研究胶体性质及实际应用中有着重要的作用。
ζ电势和胶体的稳定性有密切的关系。
|ζ|值越大,表明胶粒电荷越多,胶粒之间的斥力越大,胶体越稳定。
反之,则不稳定。
当ζ电势等于零时,胶体的稳定性最差,此时可观察到聚沉现象。
因此,无论制备或破坏胶体,均需要了解所研究胶体的ζ电势。
在外加电场作用下,若分散介质对静态的分散相胶粒发生相对移动,称为电渗;若分散相胶粒对分散介质发生相对移动,则称为电泳。
实质上两者都是荷电粒子在电场作用下的定向运动,所不同的电渗研究**的运动,而电泳研究固体粒子的运动。
ζ电势可通过电渗或电泳实验测定。
当带电的胶粒在外电场作用下迁移时,若胶粒的电荷为q,两电极间的电位梯度为ω,则胶粒受到的静电力为
f1=qω(1)
球形胶粒在介质中运动受到的阻力按斯托克斯(Stokes)定律为
f2=6πηru(2)
若胶粒运动速度u达到恒定,则有
qω=6πηru(3)
u=qω6πηr(4)
胶粒的带电性质通常用ζ电势而不用电量q表示,根据静电学原理
ζ=qεr(5)
式中,r为胶粒半径。
代入式(4)得
u=ζεω6πη(6)
式(6)适用于球形的胶粒。
对于棒状胶粒,其电泳速度为
u=ζεω4πη(7)
或ζ=4πηuεω(8)
式(7)即为电泳公式。
同样,若已知ε、η,则通过测量u和ω,代入式(8)也可算出ζ电势。
对于分散介质为水的胶体溶液,则有
ζ=139.5sLtV(9)
其中,s为t时间内界面移动的距离,cm;L为两电极之间的距离,cm;V为加在两电极间的电压,V。
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