电渗实验研究

张秀华

(大庆师范学院 化学工程学院，黑龙江 大庆 163712)

物理化学实验是大学化学基础实验的一部分，而电渗实验正是电化学部分的典型实验。电渗是胶体的四大电动现象之一，它是指在电场作用下，分散介质通过膜或极细的毛细管而定向移动的现象。近些年来，电渗原理在生产生活实际中已经得到了广泛的应用，这就要求我们在实际教学中更加突出电渗实验的重要地位。大多数物理化学实验教材[1-2]要求利用电渗实验测定SiO2或Al2O3对水的ζ电势。电渗实验教学，能够让学生切身地感受到什么是电渗现象、加深对电动现象的理解，强化学生对胶体及表面化学知识的把握。

1 电渗实验中常见的问题

电渗实验主要测定电压、电流以及电渗仪中小气泡的移动速度即电渗速度。

根据文献资料和实验教材记述的内容知道以SiO2为填充物时，小气泡运动13cm需要的时间是23秒左右，然而在实际教学过程中，最慢需要230秒，最快也需要137秒，所以如何能够提高电渗速度是电渗实验常见的问题之中亟待解决的首要问题。

提高电渗速度的方法之一就是加大电压，电渗实验中的电压最高可达700伏特，所以危险性很大，而实际测定的时间又很长，那么就潜在地增加了安全隐患。实验教学时间越长，学生和教师的人身安全就会受到越大的威胁。因此能否减小电压，将实验的危险性降低到最小的程度并能同时得到较好的实验效果也是需要考虑和解决的问题。

2 实验部分

2.1 不同填充物对电渗速度的影响

选择的填充物必须是透水性较好的多孔性物质，容易装填，不易溶解于水溶液中，不起泡，不悬浮等。为此选择了状态和性质不同的五类填充物：粉末状填充物(Al2O3(80-100目)、SiO2(80-100目)、琼脂粉、毛细管粉末、活性炭粉末)、粒状填充物(碎瓷粒、活性炭颗粒)、棉絮状填充物(滤纸碎片、玻璃棉、白棉花)、土壤[3]，琼脂碎块，进行实验测定，每组实验小气泡移动的距离均为13cm，测定次数10次，时间为10次测定数据的平均值。

实验数据如表2-1。

表2-1 不同填充物对电渗速度的影响

2.2 表面活性剂对电渗速度的影响

配置浓度约为0.001mol/l的氯化钠溶液，加入少量的表面活性剂SDS[4-5]，缓慢搅拌均匀，放置，让搅拌出的泡沫散开破裂。分别以毛细管粉末、玻璃棉和白棉花为填充物进行实验测定，每组实验小气泡移动的距离均为13cm，测定次数10次，时间为10次测定数据的平均值。

实验数据如表2-2、表2-3、表2-4。

表2-2 表面活性剂对电渗速度的影响(填充物为毛细管粉末)

表2-3 表面活性剂对电渗速度的影响(填充物为玻璃棉)

表2-4 表面活性剂对电渗速度的影响(填充物为白棉花)

3 结论

从表2-1中可以看出填充物为毛细管粉末的电渗速度最快，为36.8s/13cm，其次是填充物为白棉花和活性炭颗粒，它们的电渗速度分别是39.3s/13cm和44.7s/13cm。琼脂粉、SiO2(80-100目)和Al2O3(80-100目)，都是粉末状物质，但电渗速度却相差很大。填充物为碎瓷粒、玻璃棉、碎滤纸片的电渗速度也比较快，实验效果较好。

从表2-2、2-3、2-4可看出：向电解质溶液中加入适量的表面活性剂，可以大大提高电渗速度，其中以玻璃棉为填充物的电渗速度提高了14s，白棉花和毛细管粉末的电渗速度也分别提高了5s和8s，可见表面活性剂对电渗速度影响显著。

实验最佳方案：选择毛细管粉末为填充物，以0.001mol/l的NaCl溶液作为电解质溶液，并向其中加入少量表面活性剂SDS，恒电流仪的细调旋钮调至最大刻度处，电压660伏左右，电流7mA左右，小气泡移动13cm需28.6秒。

[1]山东大学.物理化学与胶体化学实验(第二版).北京：高等教育出版社，1990.

[2]复旦大学等校.物理化学实验(第二版).北京：高等教育出版社.

[3]庄艳峰，王钊.土体中电现象的应用[J].河海大学学报(自然科学版)，2002，30(6)：112-115.

[4]刘卫东，姚同玉，刘先贵，等.表面活性剂体系渗吸[M].北京：石油工业出版社，2007：15-17，34-37.

[5]庄艳峰，王钊，林清.电渗的能级梯度理论[J].哈尔滨工业大学学报，2005，37(2)：283-286.