微波處理膠態(tài)物質(zhì)

陶艷

摘要：微波是指頻率從300兆赫到300千兆赫之間的電磁波。微波技術(shù)是本世紀二十年代發(fā)展起來的新技術(shù)，首先應(yīng)用于通訊方面。從五十年代開始，微波逐步用于加熱，目前已廣泛應(yīng)用于食品加工、紡織印染、皮革加工、電子工業(yè)和家庭生活。其具有穿透力強，熱慣性小、選擇性好、升溫快等顯著特點，是一項提高功效、節(jié)約能源，具有獨特優(yōu)越性的加熱手段。

關(guān)鍵詞：微波；處理；膠態(tài)物質(zhì)

膠體有許多性質(zhì)，如丁達爾效應(yīng)、電泳、膠體的聚沉、雙電層等。這些性質(zhì)在不同的空間里，會受到許多因素的干擾及影響，為此我對微波場對膠體的聚沉效果及雙電層電位的影響作了初步的探究。

膠體質(zhì)點間存在著吸引作用，而質(zhì)點在相互接近時又因雙電層的重疊而產(chǎn)生排斥作用，膠體的穩(wěn)定性就取決于質(zhì)點間的吸引與排斥作用的相對大小。當(dāng)距離較大時，雙電層未重疊，吸引力起作用，因此總勢能為負值；當(dāng)膠體粒子靠近到一定距離時，雙電層重疊則斥力起作用，勢能顯著增加，與此同時，粒子也隨粒子間距離的縮短而增大，當(dāng)距離縮短到一定程度時，吸引力又占優(yōu)勢，勢能又隨之降低。膠體粒子要相互聚在一起，必須克服一定的勢壘，這是膠體穩(wěn)定的原因。盡管布朗運動使膠體粒子碰撞，但當(dāng)膠體粒子靠近到雙電層時，隨即發(fā)生排斥作用又使其分開，就不會引起膠體的聚沉，但是如果由于種種原因使得吸引的效應(yīng)抵消排斥效應(yīng)則溶膠就處于不穩(wěn)定狀態(tài)，首先是體系的分散程度降低，最后是所有的分散質(zhì)粒子都變?yōu)槌恋矶龀觯诉^程稱聚沉作用。

影響溶膠穩(wěn)定性的因素有很多，本次探究主要是通過用微波加熱溶膠以降低其穩(wěn)定性。經(jīng)微波處理后的溶膠若發(fā)生聚沉現(xiàn)象則探究其聚沉效果，反之則通過電導(dǎo)儀、電泳儀分別測定其電導(dǎo)及雙電層電位，通過比較，找出一般性規(guī)律和得出探究結(jié)果。

一、溶膠的制備

1、Fe(OH)3溶膠：在500ml的燒杯中加入200ml水，加熱至沸騰，用膠頭滴管將4ml20％的飽和FeCl3加入到沸水中并用玻璃棒攪拌，出現(xiàn)紅棕色即可。為了便于輔助液與溶膠界面間的清晰觀察，加入5g尿素攪拌、冷卻待用。

2、AgI溶膠：在500ml的燒杯中加入100ml0.01mol/LKI, 攪拌下用滴管加入95ml0.01mol/L的AgNO3，可得AgI溶膠AgI溶膠。

3、Cr(OH) 3溶膠:取20ml20％的(NH4)2CO3溶液，用水稀釋至200ml,然后向此溶液加入4ml2％的CrCl3，可得Cr(OH) 3溶膠。

4、Al(OH) 3 溶膠: 取20ml20％的(NH4)2CO3溶液，用水稀釋至200ml, 然后向此溶液加入10滴30％的AlCl3，可得Cr(OH) 3溶膠。

二、膠體的純化

把制得的Fe(OH)3 、AgI溶膠，分別置于半透膜內(nèi)，然后置于100ml的盛有蒸餾水燒杯中，微熱，30分鐘更換一次蒸餾水，并不斷檢驗水中是否含有Fe3+、CL-、Ag+、NO3-、K+、I-,至不含上述離子為止。

三、輔助液的配制

將純化的Fe(OH)3、AgI溶膠，分別用電爐和微波爐加熱至沸騰，冷卻后分別用電導(dǎo)儀測其電導(dǎo)。分別取100ml蒸餾水置于300ml的燒杯中，然后逐滴加入溶液并不斷攪拌，至其電導(dǎo)剛好等于Fe(OH)3、AgI膠體的電導(dǎo)為止。

四、雙電層電位及聚沉效果的測定

在一般條件下和微波場中，分別測定雙電層電位及聚沉效果。經(jīng)初期的對照實驗，得出：在加熱的條件下，F(xiàn)e(OH)3 、AgI溶膠不發(fā)生聚沉現(xiàn)象，而Cr(OH) 3 、Al(OH) 3則發(fā)生聚沉現(xiàn)象，因此測定Fe(OH)3 、AgI溶膠雙電層電位，Cr(OH) 3 、Al(OH) 3溶膠則測定其聚沉效果。

（一）界面電泳法測定Fe(OH)3 、AgI溶膠雙電層電位

1、原理

任何膠體粒子都帶有電荷。在膠粒周圍的分散質(zhì)中，存在許多帶相反電荷的離子，這些離子從膠粒表面以波茲曼能量分布形式在膠體內(nèi)部擴散。在膠體表面的溶劑化層和液體介質(zhì)間有一移動面，因膠體粒子移動時，帶著溶劑化層和部分反粒子移動，所以當(dāng)膠體粒子移動時，膠體粒子和分散質(zhì)介質(zhì)間會產(chǎn)生電位差，此電位差稱ξ電位。

在外加電場作用下，帶電荷的與分散介質(zhì)間會發(fā)生相對運動即電泳。膠體粒子的運動方向取決于膠體粒子所帶的電荷之正負，而膠體粒子的移動速度則由ξ電位的大小決定。ξ=4πην/Ε Х 3002 (V)

Ε—電位梯度Ε=V/L (V是外加直流電壓,L是兩電極間的距離) ；

—介質(zhì)的介電常數(shù)； η—介質(zhì)粘度；ν—電泳速度

2、過程及方法

（1）經(jīng)純化后的Fe(OH)3 、AgI溶膠，分別用電爐和微波爐加熱至沸騰，然后冷卻至室溫。（2）分別測定其電導(dǎo)（3）分別測定其ξ電位。

3、條件及注意事項

條件：（1）直流電電壓20伏（2）室溫（3）電極材料用鉑（4）輔助液用KCl溶液

注意事項：(1)電壓必須穩(wěn)定（2）盡量避免外界震動的干擾（3）排盡電泳儀內(nèi)的氣泡（4）測量兩電極間的距離要準(zhǔn)確

4、實驗記錄及數(shù)據(jù)處理

Fe(OH)3溶膠=81η=0.00936 室溫：23.5℃

AgI溶膠 =81η=0.00936室溫：23.5℃

（二）定性測定膠體的聚沉效果

1、原理：加熱可破壞溶膠的穩(wěn)定性即通過加熱的方法使溶膠發(fā)生聚沉。從而測定在不同條件下，溶膠的聚沉效果。

2、步驟：（1）取等體積的Cr(OH) 3 、Al(OH) 3溶膠（2）分別用電爐和微波爐加熱至沸騰（3）靜置于兩個等容積的量筒內(nèi)，冷卻至室溫（4）經(jīng)相同的時間后，測量出沉淀的體積

3、實驗記錄及數(shù)據(jù)處理

五、實驗結(jié)論

1、經(jīng)微波加熱后的溶膠的雙電層電位增加，所以用微波處理溶膠，可以提高其雙電層電位極電導(dǎo)。

2、若用加熱的方法使膠體聚沉，微波加熱更為理想。膠體不僅聚沉速度快且聚沉完全。

參考文獻

[1]《膠體化學(xué)基礎(chǔ)》

[2]《膠體與界面化學(xué)實驗》

[3]《物理化學(xué)與膠體化學(xué)實驗》

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文