AgNO3/KI配比对电泳法测定AgI胶体Zeta电势的影响及实验现象探讨

陈 平，赵 佳，吴振玉，古莉娜

（安徽大学化学化工学院，安徽合肥 230601）

电泳法测定AgI胶体的Zeta电势是大学物理化学实验教学中一个重要的基础实验[1-3]，也是中学胶体化学教学中较好的电泳演示实验范例[4]。一般在实验过程中电泳速度分析[5]，辅助液的选择[1]等都是通常需要考虑和注意的问题。

Zeta电势的重要意义在于它的数值与胶态分散的稳定性相关。Zeta电势是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。分子或分散粒子越小，Zeta电势（正或负）越高，体系越稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta电势（正或负）越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚。对于高分子涂料、酿造、陶瓷、制药、药品、矿物处理和水处理等各个行业，Zeta电势的大小是极其重要的参数[6-7]。

然而大学物理化学实验教学中，对于胶粒带电大小（即Zeta电势得大小）和胶粒带电符号的研究和讨论不多。我们在实验教学中，让同学们通过设计性综合实验，研究了AgNO3/KI配比对电泳法测定AgI胶体Zeta电势大小的影响，并探讨了实验过程中的一些实验现象出现的原因，锻炼和提高了同学们的综合素质。

1 AgI胶体的制备和电泳实验

1.1 AgI负电胶体的制备和电泳实验

在烧杯中加入 100 mL 0.01mol·L-1KI，搅拌下用滴定管加入一定量0.01 mol·L-1的AgNO3，得到不同AgNO3：KI配比的负电AgI溶胶。辅助液为浓度为0.005 mol·L-1KCl溶液。将两电极与稳压直流电源连接，电压为200 V，每4 min记录一次两边界面位置的读数。每种胶体平行做三次测试，取平均值作为该胶体的实验测定Zeta电势。

实验发现，为较好的滴入辅助液防止扰动界面，可在管壁处放上滤纸，使辅助液沿滤纸慢慢流入管内，比直接沿管壁慢慢滴加更易获得清晰的辅助液与胶体的分界面。

1.2 AgI正电胶体的制备和电泳实验

在配制过程中，文献均说明应在搅拌条件下向AgNO3溶液中缓慢滴加KI，但实际操作中发现，在不停搅拌的条件下快速滴加反而比缓慢滴加产生的沉淀量少，以0.01 mol·L-1的AgNO3：KI的体积比等于100:95为例，缓慢滴加时，在滴加20ml KI时表面就产生了明显的漂浮状沉淀及两粒小沉淀，再滴加1ml后又出现较多小沉淀,而将KI快速倒入Ag-NO3时未观察到颗粒状沉淀，只有表面有少量漂浮型沉淀，其它体积比时情况同上。辅助液的添加同负电胶体和电泳实验同负电胶体。

2 Zeta电势测试结果和电泳实验现象

电泳实验发现，无论正通电还是反通电，或是交换电极等，均是正极的界面稳定清晰，负极界面相对稳定，不易观察。正极界面较为平稳，而负极界面倾斜状况较严重，不便于准确读数，见图1。因此，实验测定，应该选择观察正极数据。

图1 AgI负电胶体通电时的界面变化图

由于ζ电势变化微小，每4min记录一次数据，取电泳12 min和电泳20 min的情况进行分析。下表为电泳12 min和电泳20 min后，分别以正极界面和负极界面平均4 min内移动的距离为电泳的速率，所测定的平均ζ电势。

2.1 AgI负电胶体Zeta电势测试结果及分析

表1 不同配比的胶体分别在12 min、20 min时正负极分别测得的ζ电势

为了直观分析数据，对12 min、20 min时正负极分别测得的ζ电势对配制AgI负电胶体时AgNO3的加入量作图。见图2，3。

图2 AgNO3用量与正极ζ电势的关系曲线图

观察图表后可以发现，对于负电溶胶，负极的电势关系图过于混乱，没有明确的变化规律。正极的ζ电势随着AgNO3用量的增多而不断减小，符合事实，AgNO3量减少，则KI过量，AgI负电胶体吸附的I-离子应该较多，相应的AgI负电胶体的ζ电势也应该较大。我们还发现电泳的时间越长，测得的ζ电势也越大，在AgNO3量为85 ml左右，电泳时间为20 min左右，测得的ζ电势变化趋于平缓。电泳时间太长，会使界面模糊，影响实验结果。影响电泳速度的一个重要因素是电位梯度E（电压除以两极间距离），电位梯度相同，对电泳速度影响就相同，但电压不能过高，否则电流热效应增强，界面附近胶体密度增大，甚至出现凝聚现象，但是电压太低，界面移动距离太短，不易读数，误差增大。时间太长，会使界面模糊，影响实验结果。所以，电位梯度一般采用6 V/cm左右，时间不超过20 min。

图3 AgNO3用量与负极ζ电势的关系曲线图

2.2 AgI负电胶体Zeta电势测试的正极辅助液颜色变化及分析

从AgNO3：KI的比例为75:100开始，就可以在电泳过程中观察到正极辅助液颜色逐渐变黄，比例相差越大，辅助液开始出现黄色的时间越短，见表2。时间过长则在界面处出现黄色聚沉物，随着时间的延长，会出现黄色至黄灰到灰黑的变化，类似与文献[2]所描述的一些实验现象。

表2 胶体不同配比下辅助液颜色变化时间及现象

长时间电泳后，界面处产生的颜色原因，文献[2]已经作了较详细地分析，随着AgNO3：KI比例的变化，正极辅助液颜色变化可能是因为正极除了发生了水的氧化反应生成氧气外，正极附近还可能会有如下反应发生：

特别是随着AgNO3：KI比例的变小，溶液中I-是增大的，这个反应发生的趋势更大，并且相同条件下，反应（2）比反应（1）更容易发生，生成少量的I2几乎能够完全溶于水，使正极辅助液的黄色加深。

2.3 AgI正电胶体Zeta电势测试结果及分析

电泳过程中，实验现象变化情况以100:95的AgNO3：KI的比例为例，通电3 min后，负极界面处的沉淀大幅度增多，负极管的沉淀变厚，向下扩散非常迅速，10 min后沉淀的黄色变深，随着沉淀向正极移动，沉淀不停增多而不发生扩散。一段时间后，黑色的Ag2O析出在管壁上，负极管内逐渐变得澄清，20 min后，连接负极的管内沉淀全部向正极“移动”，负极管附近只剩下黑色的Ag2O附着在管壁上，负极管变得更加澄清，沉淀则聚集在中部偏负极。

图4 AgI正电胶体通电时负极界面现象变化图（从左到右依次为电泳时间加长）

分析可能是因为：在正负电极电泳的同时伴随的主要反应是水的电解，在负极产生了H2和OH-离子：

因而负极有如下反应发生：

由于AgOH不稳定，易分解成黑色的Ag2O，反应式如下：

首先，电泳开始后，负极处产生的OH-，与本已过量的Ag+发生反应，产生沉淀，破坏了胶体的带电性质，发生聚沉。但是，没有聚沉的正电的AgI胶体在电场的作用下，理应由负极向正极移动，这部分正电胶体夹着聚沉后的胶体沉淀和AgOH与Ag2O的沉淀，一起向负极移动，所以在负极处出现沉淀迅速增多下移现象，沉淀增多是由于胶体聚沉和反应产生的AgOH与Ag2O的沉淀，沉淀下移是由于正电胶体的移动所致。随着电泳时间的延长，OH-不断增多，聚沉更加严重，正电胶体颗粒减少，加上沉淀严重，移动不明显，导致根本无法观察到清晰地界面移动现象。随着AgNO3：KI的比例变大，上述现象更为明显，显然，由于以上分析的原因和实际的实验现象观察，正电的AgI胶体不适合做电泳实验，更不能用电泳实验来测定正电的AgI胶体的ζ电势。

通过以上实验研究和分析表明，以AgI胶体电泳测定胶体ζ电势的实验，应该注意一下几点：（1）应该用KI过量配制负电胶体，AgNO3过量配制正电胶体不适宜做电泳实验。（2）KI/AgNO3的物质的量比在100：85左右较好。（3）测定胶体电泳速率应该以正极界面的移动速率为准较好。（4）电泳的时间不宜超过20 min。（5）电位梯度一般采用6 V/cm左右。

[1]庄继华，等.物理化学实验[M].3版.北京：高等教育出版社，2005.

[2]赵鸿喜.AgI溶胶界面移动法电泳实验聚沉现象分析[J].大学化学，1994，9（2）:39.

[3]陈中道,张波.胶体电泳实验方法的改进[J].济宁医学院学报，1999（1）:53.

[4]孙曾圻，罗守顺，赵宜学.AgI胶体的电泳是进行电泳教学的一个比较好的范例[J].北京教育学院学报，1994（1）:26.

[5]汪成范.胶体电泳速度实验初探[J].武汉师范学院学报：自然科学版，1983（1）：129.

[6]Robert J.Hunter.Zeta potential in colloid science principles and applications[M].London:Academic Press,1981.

[7]傅献彩，沈文霞，姚天扬，等.物理化学：下册[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.