第7章_带电界面

因为胶粒的大小介于1～100nm之间， 故每一胶粒必然是由许多分子或原子聚集而成的。 组成胶粒核心部分的固态微粒称为---胶核。胶核； 胶核吸附离子是有选择性的， 首先吸附与胶核中相同的某种离子，
4、胶团结构
用同离子效应使胶核不易溶解。
若无相同离子，
则首先吸附水化能力较弱的负离子， 所以自然界中的胶粒大多带负电。
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四、双电层的基本模型与电动电位 (ζ电位) 胶体粒子 ----即胶粒，并非单指固体颗粒， 它由三部分组成: 胶核、表面吸附离子、紧密层。 “胶 团”：胶粒与其外部的扩散层组成； 电动电势：滑移面与分散介质体相间电势差，为ζ,又称ζ电势。 用 AgNO3 稀溶液和 KI 溶液制备 AgI 溶胶时， 其胶团结构式可以表示为： 过量的 KI 作稳定剂
第7章 带电界面 Charged interfaces
§7-1
界面带电的原因 平板型模型 双电层 扩散双电层模型
双电层
斯特恩模型
作
业
2. 在两个充有0.001mol· dm-3 KCl溶液的容器之间 放一个由AgCl晶体组成的多孔塞，其细孔道中也充 满了KCl溶液。在多孔塞两侧放两个接直流电源的 电极。

Gouy在1910年和Chapman在1913年分别独立提出了扩散 双电层理论。他们认为,由于静电引力和静电斥力的作 用和离子热运动，使异电离子由固面到溶液深部，其浓 度越来越低；相反同电离子浓度越来越高（这里指过剩 浓度）,直至二者浓度完全相等。
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B 生化、医学上常用电泳来分离氨基酸和蛋白质-----区带电泳
a.纸上电泳 用滤纸作为支持物的电泳称为纸上电泳。
先将一厚滤纸条在一定pH 的缓冲溶液中浸泡，取出后两端 夹上电极，在滤纸中央滴少量待 测溶液，电泳速度不同的各组分 即以不同速度沿纸条运动。
经一段时间后，在纸条上形成距起点不同距离的区带，区带 数等于样品中的组分数。将纸条干燥并加热，将蛋白质各组分固 定在纸条上，再用适当方法进琼脂平板电泳后分成的区带
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C、 工业上的静电除尘实际上就是烟雾气溶胶的电泳现象。 带有尘粒的气流在高压直流电场30－60kV下， 因电极放电而使气体电离， 尘粒吸附阴离子而荷负电,并迅速向集尘极(正极)移动， 最后也因放电而下落。静电除尘效率可达99％, 但是成本高。


Perrin提出了平行板电 容器模型。如图所示 ： 电场强度的定义为
d E dx

双电层电位降和电荷密 度 σ 与板间距 δ 联系在 一起的公式：
（约1nm）
σ Δφ φ = = ε δ δ
0
图7-2 平行板电容器模型示意图
扩散双电层模型(diffuse electrical double layer model) 1. Gouy-Chapman模型
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电渗




↓Peйcc的实验中还存在另一个现象： 正极、负极中的水位下降与上升 这种含有电解质的水在外加电场的作用下，通过黏土中的毛 细通道向负极移动的现象称为电渗析。 液体通过其它多孔物质(陶瓷、凝胶、棉花）皆有电渗析现象
胶粒带电，而溶胶是电中性的， 所以，介质带与胶粒相反的电荷。
在外电场作用下， 胶粒和介质分别向带相反电荷电极移动 毛细管中液体朝某一电极移 就产生了电泳和电渗的现象。
例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量，则胶核 优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过量，则优先吸附I 离子，胶粒带负电。 （2） 离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量
不同，使胶粒带电。
例如：将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比I容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。
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如：血清的“纸上电泳”与 “凝胶电泳”可用于医学诊断。 将血清样品点在润湿的滤纸条 上， 通电后，血清中荷负电的清蛋 白以及αβγ三种球蛋白由于分 子量和电荷密度不同， 向正极的泳动速度不同 可以分离，显色以后即可诊断 肝病。
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用醋酸纤维膜、淀粉凝胶、聚丙烯酰胺或琼脂多糖替代滤 纸，便可以提高分辨力。 如：血清在纸上电泳，一般能分辨6－7个组分； 血清在凝胶上电泳，则分辨20－30个组分。 29
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b.凝胶电泳
体，则称为凝胶电泳。
区带电泳
用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺等凝胶作为载
将凝胶装在玻管中，电泳后各组分在管中形成 圆盘状，称为圆盘电泳；
凝胶电泳的分辨率极高。例如，
纸上电泳只能将血清分成五个组分， 而用聚丙烯酰胺凝胶作的圆盘电泳可将血清
分成25个组分。
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区带电泳
C.板上电泳 如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳。
显微电泳仪
该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所 处的环境中测定电泳速度和电动电位。但只能测定显 微镜可分辨的胶粒，一般在200nm以上。 装置中用的是铂黑电 极，观察管用玻璃制成。 电泳池是封闭的，电泳和 电渗同时进行。 物镜观察位置选在静止层处（即电渗流动与反流 动刚好相消），这时观察到的胶粒运动速度可以代表 真正的电泳速度。
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影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状； 粒子表面电荷的数目；
电泳（electrophoresis）
介质中电解质的种类、离子强度，pH值和粘度 电泳的温度和外加电压等。
电泳现象证明：
黏土颗粒是带电的； 从中可获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。
任何溶胶都有电泳现象： 带负电的胶粒向正极移动； 带正电的胶粒向负极移动
硅酸溶胶：
[（SiO2)m • n HSiO3- • (n-x) H+]x- • x H+ 胶粒带电，胶团不带电 （电中性）
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电动现象 由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，
则介质带与胶粒相反的电荷。 在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动， 就产生了电泳和电渗的电动现象，这是因电而动。
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界面移动电泳仪
首先在漏斗中装上待测溶胶，U型管下部活塞内径与管径相同 实验开始时， 打开底部活塞，使溶胶 进入U型管， 当液面略高于左、右两 活塞时即关上，并把多 余溶胶吸走 在管中加入分散介质， 使两臂液面等高。 小心打开活塞 ，接通电源，观察液面的变化。若是无色溶胶， 必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。 选择合适的介质，使电泳过程中保持液面清晰 根据通电时间和液面升高或下降的刻度计算电泳速度。 19
胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势； 带电的介质发生流动，则产生流动电势。这是因动而产生电。
1、电动现象包括的内容与定义 在外电场的作用下， 分散相和分散介质发生相对位移的现象。 电泳； 电渗； 分散相和分散介质发生相对位移产生电场 沉降电势； 流动电势；
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提赛留斯电泳仪的纵、横剖面图如图所示。
常见的电泳仪----提赛留斯Tiselius电泳仪
沿aa',bb'和cc'都可以水平滑移。实验开始时，从bb'处将上部移开， 下面A，B部分装上溶胶，然后将上部移到原处，在C部装上超 滤液，在bb'处有清晰界面。 接通直流电源， 在电泳过程中可以清楚 的观察到界面的移动。 从而可以判断胶粒所带 电荷和测定电泳速度等。
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胶团结构
以AgCl为例： AgNO3 + KCl = AgCl +KNO3
当AgNO3 过量时， 分散质带正电荷，胶团结构如下：
[ （AgCl )m • n Ag+ • ( n -x ) NO3- ] x+ • x NO3胶核 电位离子 吸附层 胶粒 胶团
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反离子
反离子 扩散层
溶液中存在的Ag+和Cl-都是胶体的组成离子，都能被优先吸附，
与电渗相反， 通过施加压力， 将液体压过毛细管， 则在毛细管两端会产生电位差 称为流动电位。 此现象是电渗析的逆过程。
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2、电动现象的应用
A 电泳实验可以确定胶粒的电荷： ① 氢氧化铁、氢氧化铝溶胶，以及次甲蓝等碱性染料带正电； ② 金、银、铂、硫、三硫化二砷、硅酸溶胶，以及淀粉颗粒、 微生物等常荷负电； ③ 胶体颗粒所带的电荷往往与溶胶的制备条件和介质的pH值有 关， 例如AgI溶胶：硝酸银过量时，胶粒荷正电； 碘化钾过量时，胶粒荷负电； 实验发现，胶粒与离子的绝对泳动速度非常接近， 表明胶粒带有大量的电荷。
作
业
（1）通电时介质将向哪一极方向移动？ （2）若改用0.1mol· dm-3 KCl溶液，在相同外加电
场中，介质流动速度是变快还是变慢？
（3）若用AgNO3溶液代替原来用的KCl溶液时， 情形又将如何？
电动现象 由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，
则介质带与胶粒相反的电荷。 在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动， 就产生了电泳和电渗的电动现象，这是因电而动。
AgNO3过量时，溶液中有Ag+、 NO3- 、K+ ，分散质AgCl 优先 吸附Ag+而带正电荷
Ag+ Ag+
Ag+ Ag+ Ag+
KCl过量时，溶液中有过量的 K+、Cl-、NO3- ，溶胶粒子优 先吸附Cl- 而带负电荷。
Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl--
Ag+ Ag+ Ag+
Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl--Cl-- Cl
⑴ 外加电场作用于胶体－－电泳与电渗析 1809年，俄国科学家Peйcc发现： 在一块湿黏土上插两根玻璃管， 用干净的细沙覆盖两管底部， 加水使两管的水面高度相等， 在两管内各插入一个电极，
通电一段时间后，发现： 在正极管中， 黏土透过细沙上升， 水变得浑浊， 水位下降； 而在负极管中， 水未变浑浊， 但水位上升。