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材料科学基础实验

粘土─水系统-电位测定

一、目的意义

本实验的目的：

1．了解固体颗粒表面带电原因、表面电位大小与颗粒分散特

性、胶体物系稳定性之间的关系。

2．了解粘土粒子的荷电性，观察粘土胶粒的电泳现象。

3.掌握通过测定电泳速率来测量粘土—水系统-电位的方

法，进一步熟悉-电位与粘土—水系统各种性质的关系。

本实验的意义：

-电位是固液界面电位中的一种，其值的大小与固体表面带电机理、

带电量的多少密切相关，直接影响固体微粒的分散特性、胶体物系的

稳定性。对于陶瓷泥浆系统而言，-电位高时，泥浆的稳定性好，流

动性、成型性能也好。

二、基本原理

清洁的单晶固体的表面结构：表面质点受力不均衡，固体

表面具有较高的表面能，表面质点通过结构调整（极化变

形重排）等途径降低自己高的表面能。因此表面往往会形

成扩散双电层结构，表面被负离子屏蔽。

泥浆与泥料均属于粘土—水系统，它是一种多相分散物系。

由于粘土颗粒表面带有电荷，在适量电解质作用下，泥浆具

有胶体溶液的稳定特性。但因泥浆粒度分布范围很宽，就构

成了粘土—水系统胶体化学性质的复杂性。

固体颗粒表面由于摩擦、吸附、电离、同晶取代、表面断键、表面质

点位移等原因而带电。带电量的多少与发生在固体颗粒和周围介质接

触界面上的界面行为、颗粒的分散与团聚等性质密切相关。

一般带负电。

粘土－水系统中，在固液

界面上会出现扩散双电层。

胶团结构由中心的胶核与外围

的吸附层和扩散层构成。

胶核表面与分散介质的电位差

为热力学电位E。

吸附层表面与分散介质之间的

电位差即-电位。

带电胶粒在直流电场中会发生定向移动，这种现象称为电泳。

根据胶粒移动的方向可以判断胶粒带电的正负，

根据电泳速度的快慢，可以计算胶体物系的-电位的大小。

进而通过调整电解质的种类及含量，就可以改变-电位的大

小，从而达到控制工艺过程的目的。

三、仪器设备与实验材料

仪器设备

BDL-B型表面电位粒径仪

主要由光学放大、精密机械、电子电路、

双管脉冲池组成。电子电路采用集成块，

记录数据由数码管自动显示，操作快速简

洁。

BDL-B型表面电位粒径仪工作原理

胶体分散相在直流电场作用下定向迁移。胶粒通过光学放大系统将其运

动情况投影到投影屏上。通过测量胶粒泳动一定距离所需要的时间，计

算出电泳速率。依据赫姆霍茨方程即可计算出-电位。

实验材料及用品

托盘天平

玻璃杯，玻璃研钵，温度计，PH试纸等

氯化钠溶液（0.1N）

氢氧化钠溶液（0.01N）

蒸馏水

粘土试样

四、测试步骤

1．胶体溶液制备。称取0.2g粘土试样，

置于研钵内研磨5分钟后放入玻璃烧

杯内，加入氯化钠水溶液至250ml，

再加入氢氧化钠溶液调节ph值为8。

2．打开电源开关，预热仪器半小时。把

温度计放在胶体溶液中测试温度，该

温度即为仪器输入温度

3．清洗电泳池，注入胶体溶液。注入时

应缓慢，避免产生涡流或气泡。若不

加电场时胶粒在水平方向有运动，表

明电泳池内有气泡。通过反复抽动可

消除气泡。

4．BDL-B型表面电位粒径仪测量步骤：

（1）同时按0、9键调电压，电压一般为50V；

（2）按M键，仪器复零；

（3）同时按9、3键，出现C，输入所测温度，再按M保存温度值；

（4）从监视器屏幕上检查电泳槽内胶体颗粒没有飘移时即可开始测试；

（5）选择一个粒子，按正向或反向键，使粒子移到屏幕中央的格子线上；

（6）按正计键使粒子移动一格，然后按反计键使粒子返回一格；

（7）选择十个粒子，重复上述7、8操作（一组粒子左右移动的时间误差

必须在10%以内，否则要重新选择粒子）；

（8）按一下反计，测试完毕。最后同时按M、1键，打印出实验结果；

（9）实验完毕，用蒸馏水将毛细管中的胶体溶液抽洗干净。

5．数据记录

自动计数，自动计算结果，示例如下：

粒子时间

15.3

24.9