氢氧化铁胶体制备中几个现象的探究

艾师荣

在苏教版《化学1》“物质的分散系”一节实验操作中，只要我们仔细观察认真操作，不难发现这样几个问题：①为什么氯化铁溶液较为浑浊？②为什么照射氯化铁溶液会出现光亮通路？③为什么照射泥水也会出现光亮通路？

下面，就来谈谈我对于这几个问题研究的思路和结论。

一、为什么氯化铁溶液较为浑浊

实验室里试剂氯化铁为其六水合物，是橙黄色晶体，很易潮解。氯化铁饱和溶液的配制方法有二，最简单的方法就是向一定量蒸馏水中小心不断地加入氯化铁六水合物搅拌溶解，直至溶液底部出现少量不能溶解的晶体为止。还有一个方法，就是根据常温下氯化铁的溶解度，计算一定量水中最多溶解的氯化铁的质量，向水中加入称量好的氯化铁六水合物进行溶解。但无论是哪种方法配制出的氯化铁饱和溶液，或是其不饱和溶液，都是黄褐色、较为浑浊的液体，这是溶于水的部分氯化铁发生水解反应生成氢氧化铁聚集成黄褐色颗粒物悬浮在溶液中形成的。这是一种由溶液、悬浊液等组成的复杂分散系。

二、为什么照射氯化铁溶液会出现光亮通路

用激光笔照射这种“溶液”时，会观察到胶体的特征现象——丁达尔效应。难道说这一浑浊体系是胶体？事实上，是因为其分散质粒子直径（1mm～100nm）小于可见光波长（400mm～700nm），能使光波发生散射而形成光亮通路；而溶液的分散质粒子直径（＜1nm）远远小于可见光波长，对光波的散射极其微弱而不能形成光亮通路，即观察不到丁达尔效应；浊液的分散质粒子直径大于100nm，因范围很广，故不能一概而论：如果分散质粒子直径大于可见光波长，则对光波反射或折射而观察不到显著的丁达尔效应，而如果分散质粒子直径小于可见光波长，则也是能够观察到显著丁达尔效应的。所以教材上总结“实验室中可用丁达尔效应区分胶体与溶液”，而未说“可用丁达尔效应区分胶体与浊液”。而现在照射较为浑浊的氯化铁溶液能够观察到丁达尔效应，就足够说明溶液中三价铁离子水解生成的氢氧化铁聚集成的悬浮颗粒物直径应小于或接近该光波的波长。

将一星期前配制的和刚配制的两瓶氯化铁溶液均过滤了一次，滤纸上出现少量黄褐色滤渣，两瓶氯化铁溶液均变为黄色、澄清的液体，照射它们仍然产生丁达尔效应。

“过滤一次不能除尽大型氢氧化铁颗粒，再过滤一次。”几次过滤，发现氯化铁溶液的丁达尔效应逐渐变得微弱，但始终可见。三价铁离子水解生成的氢氧化铁中一部分是大型的悬浊液分散质颗粒，久置可沉降，过滤能除去，光照能产生丁达尔效应；而另一部分是较小的胶粒，静置不会沉降，能透过滤纸（也能被滤纸少量吸附），也能产生丁达尔效应。

回到我们的问题上来，那么氯化铁溶液中三价铁离子水解生成的氢氧化铁可能会聚集成分子数目不一的分散质微粒，其中分子数目小、体积小的就是胶体分散质微粒即胶粒，而分子数目巨大且体积足够大就能达到浊液分散质颗粒的尺寸。静置这一氯化铁溶液，体积大质量大的氢氧化铁颗粒将在重力作用下沉降下来，但总有一些胶粒尺寸的氢氧化铁粒子，它们因为表面积较大，吸附了环境中的阳离子即三价铁离子而带相同正电荷，互相排斥，在体系中做布朗运动，这些都阻碍了胶粒的变大和沉降。简单地说，这类多分子集合体型的胶粒其实就是分子数目很大、直径达到“胶粒尺寸”，在体系中相互排斥、做布朗运动四处游荡、不易沉降的难溶物。这样看来，这一氯化铁溶液的成分比原先想象的更复杂，它实际包含了溶液、胶体和悬浊液三大分散系。

将制得的黄褐色、较为浑浊的氯化铁饱和溶液经一次或几次过滤处理，得到黄棕色、澄清的饱和溶液，再小心滴加HCl溶液，将溶液pH调至2.5～3之间来缓解三价铁离子的水解。这样做其利有二：一是该溶液成分比较单一（体系中仍含少量氢氧化铁胶粒）；二是用激光笔照射这一体系，仅能观察到微弱的丁达尔效应，说明溶液中能产生丁达尔效应的氢氧化铁悬浊液分散质颗粒已被除去，仅剩极少量氢氧化铁胶粒。制得的红褐色液体却能明显观察到丁达尔效应，说明氯化铁在沸水中水解生成大量胶粒，即氢氧化铁胶粒，因量大所以体系呈现红褐色。改进后，思路严谨、原理可靠、现象明显，经得起质疑和检验。

三、为什么照射泥水也会出现光亮通路

书上对于用激光笔照射泥水只字未提，而实际情况怎样？当我们用激光笔照射浑浊的泥水，会观察到泥水中自光线入射处至体系中一定深度有很大一片区域被染成红色，这是泥水中分散质土壤颗粒直径远远大于可见光波长，且浓度相当大，对光波反射和折射形成的，这种现象算不上是丁达尔效应。

但泥水静置一阵，泥水略显浑浊，光照可观察到光亮的通路——丁达尔效应。前面分析过分散质颗粒直径小于或略大于光波波长的浊液是能观察到丁达尔效应的，说明静置后泥水中大型分散质颗粒已经沉降，但仍悬浮很多体积较小的分散质颗粒，而直径正是小于或略大于该光波的波长。

现在，将泥水过滤以除去泥水中的大小悬浊液分散质颗粒。这时泥水澄清，用激光笔照射仍可观察到丁达尔效应，说明其为胶体体系。泥水怎么又成了胶体体系呢？原来，泥水中土壤颗粒有大有小，大的颗粒即悬浊液分散质颗粒，质量较大，静置沉降；足够小的是胶粒，带相同电荷（负电荷）、相互排斥游荡在体系中。

极其浑浊的悬浊液是观察不到丁达尔效应的，除非浓度适当。将适量细致的铁粉倒入水中搅浑，用激光笔照射，可观察到类似于丁达尔效应的现象，随后铁粉沉降，丁达尔效应也随之消失。故丁达尔效应不是胶体特有，某些浊液也存在丁达尔效应，只是没有胶体显著罢了。

总之，我们说泥水主要是一种悬浊液，但在分析其具体性质时，则需视情况而定。例如在分析河流入海处三角洲形成问题时，则需用到胶体的性质——遇电解质聚沉来解释。

（浙江省义乌市私立群星学校）