「膠體溶液的帶電性與凝聚」的回饋與補充 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com n 簡述回饋、更正及補充 針對《臺灣化學教育》第五期「膠體溶液的帶電性與凝聚」一文,簡述回饋、回應、更正及補充如下: A. 回饋-1:以硫化砷說明「金屬的硫化物則帶負電」有不妥之處,因為砷為非金屬,不宜以此例說明「金屬的硫化物則帶負電」。 回應:非常感謝,應改為硫化鎘或硫化鋅等金屬硫化物才合適。 B. 回饋-2:膠體溶液的帶電性以吸附層、擴散層說明是膠體化學常有的說法,但是文中所附圖片都是呈現「單一離子」,似乎不妥,應該有其他離子被吸附,只是有量多量少的區別罷了。 回應:除膠核之結晶態結構僅能吸附特定粒子,吸附層與擴散層確實應該有帶不同電荷的離子被吸附,僅是數量有多有少,詳見圖5。 C. 回饋-3:「氫氧化鐵溶膠:氯化鐵溶於水可製得氫氧化鐵溶膠」描述太簡略,因為將氯化鐵溶於水無法製得氫氧化鐵溶膠,應該是「氫氧化鐵溶膠:氯化鐵溶於沸水可製得氫氧化鐵溶膠。 回應:謝謝告知,藉此各位讀者可了解如何配製氫氧化鐵溶膠,非常感謝。 D. 回饋-4:金屬的氫氧化物帶正電,金屬的硫化物則帶負電」不適用於某一反應物過量的情況,例如Fe(OH)3膠體溶液,以FeCl3與KOH配製時,若是FeCl3過量,則氫氧化鐵溶膠帶正電;若是KOH過量,則氫氧化鐵溶膠帶負電。 回應:可參考課本原文「金屬的氫氧化物帶正電,金屬的硫化物則帶負電」僅適用於「氯化鐵溶於沸水製得氫氧化鐵溶膠」這種特例,若某一物質過量,即不適用此段文字。此一回饋將於後文中詳加論述。 E. 更正:膠核(colloidal nucleus)應包括結晶態(aggregate)吸附層中緊密吸附之與結構有關之離子,詳見圖6。 F. 專有名詞英文更正:膠粒(granule),詳見圖6。 G. 專有名詞英文增列:膠團(micelle or colloidal particle),詳見圖6。 n 翔實說明 「拋磚引玉」這句成語,在《臺灣化學教育》第五期「膠體溶液的帶電性與凝聚」一文獲得見證。該文章發表後,不久即收到我多年的老友,在高中化學老師中可說是學養相當豐富的老師,該老師對我的文章內容頗多肯定,但也指出一些闕漏之處,如上述回饋內容,對我有震聾啟聵之效,並提供參考文章供我閱讀,本人非常感佩。基於該位老師的特別叮嚀:「低調」,只好姑隱其名。本文將就這位老師提供的參考文章進行補遺的工作。 根據Panet-Fajans’s rule: Only these ions, which are included in the structure of the insoluble salt crystal or those, that form insoluble compounds […]
膠體溶液的帶電性與凝聚 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com n 疑難問題 在膠體溶液的單元中,有一段文字敘述:「金屬的氫氧化物帶正電,金屬的硫化物則帶負電」,為何兩者會帶電?為何帶有不同的電荷? n 解答一:膠體溶液的帶電性說明 膠體(Colloid)溶液有三大特性,「帶電」是其特性之一。在教科書開放之前,由國立編譯館發行的化學課本裡,有一句話:「膠體溶液中,金屬的氫氧化物帶正電,金屬的硫化物帶負電」,困擾高中化學老師多年,近來又有老師問起,因此作者參考多本相關書籍,提供這個問題的解釋方式,供高中化學老師參考。 以硝酸銀(AgNO3)溶液與碘化鉀(KI)溶液混合為例,使其中某一溶液過量,過量之電解質溶液扮演穩定劑的角色,讓膠體溶液能穩定存在。碘化銀溶膠的帶電性說明如下。 當硝酸銀溶液與碘化鉀溶液混合時,銀離子(Ag+)與碘離子(I−)會生成有晶體結構的(AgI)m而形成「膠核」(colloidal nucleus)(圖1),膠核選擇性的吸附溶液中過量的碘離子(I−)而帶負電(圖2)。帶負電的粒子吸引溶液中帶正電荷的鉀離子(K+),被吸附的碘離子(I−)與鉀離子(K+) 稱為吸附層(Stern layer)(圖3),膠核與吸附層構成「膠體粒子」,又稱「膠粒」(colloidal particle)。因為膠體粒子吸附的碘離子(I−)數目大於鉀離子(K+),故此膠體粒子帶負電。帶負電的膠體粒子再以疏鬆的方式吸引鉀離子(K+),此為擴散層(diffuse layer),膠體粒子與擴散層構成「膠團」(圖4)。膠團即膠體溶液常被提及的「電雙層」(electric double layer),電雙層為電中性。AgI膠團的示意圖,如圖5所示。 課本提及的帶電性即為膠核與吸附層構成的膠體粒子所帶的電荷,上例因碘化鉀溶液過量,故此一膠體溶液帶負電;反之,若是硝酸銀溶液過量,則形成之膠體溶液帶正電。 圖1:膠核的形成 圖2:膠核吸附碘離子 圖3:再吸附鉀離子,構成膠體粒子 圖4:電雙層的形成 圖5:AgI膠團形成的示意圖 回頭說明為何「膠體溶液中,金屬的氫氧化物帶正電,金屬的硫化物帶負電」。 一、 氫氧化鐵溶膠:氯化鐵溶於水可製得氫氧化鐵溶膠,其化學反應式,如[1]~[4]所示: FeCl3(aq) + 3H2O(l) → Fe(OH)3(s) + 3HCl(aq) [1] 其中鐵離子(Fe3+)是酸性陽離子,在水中會起水解,其水解過程如下: Fe3+(aq) + 3H2O(l) → Fe(OH)3(aq) + 3H+(aq) [2] Fe(OH)3(aq) → FeO(OH)(aq) + H2O(l) […]