電滲實(shí)驗(yàn)研究

張秀華

(大慶師范學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163712)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的一部分，而電滲實(shí)驗(yàn)正是電化學(xué)部分的典型實(shí)驗(yàn)。電滲是膠體的四大電動(dòng)現(xiàn)象之一，它是指在電場作用下，分散介質(zhì)通過膜或極細(xì)的毛細(xì)管而定向移動(dòng)的現(xiàn)象。近些年來，電滲原理在生產(chǎn)生活實(shí)際中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，這就要求我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中更加突出電滲實(shí)驗(yàn)的重要地位。大多數(shù)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材[1-2]要求利用電滲實(shí)驗(yàn)測定SiO2或Al2O3對(duì)水的ζ電勢。電滲實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠讓學(xué)生切身地感受到什么是電滲現(xiàn)象、加深對(duì)電動(dòng)現(xiàn)象的理解，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)膠體及表面化學(xué)知識(shí)的把握。

1 電滲實(shí)驗(yàn)中常見的問題

電滲實(shí)驗(yàn)主要測定電壓、電流以及電滲儀中小氣泡的移動(dòng)速度即電滲速度。

根據(jù)文獻(xiàn)資料和實(shí)驗(yàn)教材記述的內(nèi)容知道以SiO2為填充物時(shí)，小氣泡運(yùn)動(dòng)13cm需要的時(shí)間是23秒左右，然而在實(shí)際教學(xué)過程中，最慢需要230秒，最快也需要137秒，所以如何能夠提高電滲速度是電滲實(shí)驗(yàn)常見的問題之中亟待解決的首要問題。

提高電滲速度的方法之一就是加大電壓，電滲實(shí)驗(yàn)中的電壓最高可達(dá)700伏特，所以危險(xiǎn)性很大，而實(shí)際測定的時(shí)間又很長，那么就潛在地增加了安全隱患。實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間越長，學(xué)生和教師的人身安全就會(huì)受到越大的威脅。因此能否減小電壓，將實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性降低到最小的程度并能同時(shí)得到較好的實(shí)驗(yàn)效果也是需要考慮和解決的問題。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 不同填充物對(duì)電滲速度的影響

選擇的填充物必須是透水性較好的多孔性物質(zhì)，容易裝填，不易溶解于水溶液中，不起泡，不懸浮等。為此選擇了狀態(tài)和性質(zhì)不同的五類填充物：粉末狀填充物(Al2O3(80-100目)、SiO2(80-100目)、瓊脂粉、毛細(xì)管粉末、活性炭粉末)、粒狀填充物(碎瓷粒、活性炭顆粒)、棉絮狀填充物(濾紙碎片、玻璃棉、白棉花)、土壤[3]，瓊脂碎塊，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定，每組實(shí)驗(yàn)小氣泡移動(dòng)的距離均為13cm，測定次數(shù)10次，時(shí)間為10次測定數(shù)據(jù)的平均值。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2-1。

表2-1 不同填充物對(duì)電滲速度的影響

2.2 表面活性劑對(duì)電滲速度的影響

配置濃度約為0.001mol/l的氯化鈉溶液，加入少量的表面活性劑SDS[4-5]，緩慢攪拌均勻，放置，讓攪拌出的泡沫散開破裂。分別以毛細(xì)管粉末、玻璃棉和白棉花為填充物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定，每組實(shí)驗(yàn)小氣泡移動(dòng)的距離均為13cm，測定次數(shù)10次，時(shí)間為10次測定數(shù)據(jù)的平均值。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2-2、表2-3、表2-4。

表2-2 表面活性劑對(duì)電滲速度的影響(填充物為毛細(xì)管粉末)

表2-3 表面活性劑對(duì)電滲速度的影響(填充物為玻璃棉)

表2-4 表面活性劑對(duì)電滲速度的影響(填充物為白棉花)

3 結(jié)論

從表2-1中可以看出填充物為毛細(xì)管粉末的電滲速度最快，為36.8s/13cm，其次是填充物為白棉花和活性炭顆粒，它們的電滲速度分別是39.3s/13cm和44.7s/13cm。瓊脂粉、SiO2(80-100目)和Al2O3(80-100目)，都是粉末狀物質(zhì)，但電滲速度卻相差很大。填充物為碎瓷粒、玻璃棉、碎濾紙片的電滲速度也比較快，實(shí)驗(yàn)效果較好。

從表2-2、2-3、2-4可看出：向電解質(zhì)溶液中加入適量的表面活性劑，可以大大提高電滲速度，其中以玻璃棉為填充物的電滲速度提高了14s，白棉花和毛細(xì)管粉末的電滲速度也分別提高了5s和8s，可見表面活性劑對(duì)電滲速度影響顯著。

實(shí)驗(yàn)最佳方案：選擇毛細(xì)管粉末為填充物，以0.001mol/l的NaCl溶液作為電解質(zhì)溶液，并向其中加入少量表面活性劑SDS，恒電流儀的細(xì)調(diào)旋鈕調(diào)至最大刻度處，電壓660伏左右，電流7mA左右，小氣泡移動(dòng)13cm需28.6秒。

[1]山東大學(xué).物理化學(xué)與膠體化學(xué)實(shí)驗(yàn)(第二版).北京：高等教育出版社，1990.

[2]復(fù)旦大學(xué)等校.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)(第二版).北京：高等教育出版社.

[3]莊艷峰，王釗.土體中電現(xiàn)象的應(yīng)用[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002，30(6)：112-115.

[4]劉衛(wèi)東，姚同玉，劉先貴，等.表面活性劑體系滲吸[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007：15-17，34-37.

[5]莊艷峰，王釗，林清.電滲的能級(jí)梯度理論[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，37(2)：283-286.