某些乳浊液难透过滤纸的原因探析

吴孙富

摘要：通过实验分析说明了难溶于水的液态物质能透过干滤纸、不能透过湿滤纸的原因，其形成的乳浊液透过湿滤纸的条件是减压过滤；同时还分析说明了苯酚乳浊液能透过湿滤纸的原因，以及某些难溶于水的液态物质不能透过湿滤纸的实验在中学教学中的意义。

关键词：乳浊液；滤纸；减压过滤；化学教学

文章编号：1005–6629（2015）2–0089–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题的提出

笔者一直想当然地认为，小分子物质分散在水中形成的乳浊液可以全部透过滤纸，如四氯化碳乳浊液、苯乳浊液等都能透过滤纸。笔者之所以这样认为，是由于乳浊液中的分散质本身是液态物质，液态物质一般都能够透过滤纸。

读罢夏立先、吴思杰两位老师的论文“有水形成的乳浊液能用过滤法分离吗”[1]，笔者才知道苯、煤油、甲苯、四氯化碳、乙酸乙酯等难溶于水的液态物质能透过干燥的滤纸，却不能透过用水湿润的滤纸。由于难溶于水的液态物质不能透过湿滤纸，是否可以用过滤的方法分离难溶于水的液态物质形成的乳浊液？这种过滤分离的效果似乎与分液相同。虽然在化学实验和化工生产中不一定要用过滤的方法来分离难溶于水的液态物质形成的乳浊液，但这种过滤实验在操作上的简洁和实验现象上的有趣均具有一定的教学意义。因此，弄清楚难溶于水的液态物质不能透过湿滤纸的原因就显得比较重要。夏立先和吴思杰两位老师没有说明难溶于水的液态物质不能透过湿滤纸的原因，笔者特在此就其原因作如下探讨。

2 实验

实验准备：取一根长约10cm、直径约为0.8mm（包括塑料层）的塑包铜线，将此塑包铜线圈成如下图所示的带把圆圈（以下简称“铜圈”），铜圈的内径约为0.5cm（可略小）。

实验1 用一只小烧杯取半杯自来水，用铜圈在小烧杯内蘸水使铜圈内形成一层水膜。用胶头滴管小心地向水膜上滴加1滴苯，苯浮在水膜上；再向水膜上滴加一滴苯，苯穿过水膜落下。洗净铜圈后重复实验，在多次实验中，在滴加第二滴苯时，苯都会穿过水膜落下，水膜有时破裂，有时不破裂。

改用四氯化碳重复上述实验，观察到的实验现象相同。

改用无水乙醇重复上述实验。用胶头滴管小心地向水膜上滴加1滴乙醇，乙醇溶入水膜中；再向水膜上滴加一滴乙醇，乙醇亦溶入水膜中，同时在下方会有液滴落下。洗净铜圈后重复实验，在多次实验中，在滴加第二滴乙醇时，铜圈下方都会有液滴落下，水膜有时破裂，有时不破裂。

实验2 取一个布氏漏斗，在漏斗底部紧贴两层剪裁大小合适的滤纸，用水润湿滤纸。将布氏漏斗安装到抽滤瓶上，将抽滤瓶与减压泵相连接，减压泵连接在水龙头上。向布氏漏斗内加入适量的CCl4，CCl4不透过滤纸下漏。打开水龙头用减压泵减压，CCl4透过滤纸下漏。

改用苯、煤油等进行实验，苯和煤油在减压前均不透过滤纸下漏，在减压后均透过滤纸下漏。

3 实验分析

就实验1中的两个实验现象来说，这两种实验现象可以说明两种实验原理：（1）铜圈上的水膜具有一定的表面张力，该水膜可以承受少量的苯、四氯化碳等物质产生的压力。当较多的苯、四氯化碳等物质产生较大的压力时，这些物质就会穿过水膜落下。这说明难溶于水的物质穿过水膜的原理是：难溶物的压力大于水膜的表面张力时，难溶物就会使水膜穿孔而落下。（2）铜圈上的水膜可以溶入少量的可溶性物质，如乙醇。若溶入了较多的可溶性物质的话，液膜下方就会有溶液落下。这说明易溶于水的物质穿过水膜的原理是：易溶物溶于水膜导致液膜变厚，液膜不能承受过多的液体而使下方的液体落下。此外，水膜有时破裂、有时不破裂，说明中间穿孔的水膜具有一定的自我修复能力。溶入乙醇的水膜的表面张力会减小，比纯水水膜更容易破裂。

就笔者设计实验1的意图来说，笔者是要说明这样一个问题：滤纸本身是有孔隙的，小于滤纸孔隙的粒子都可以穿过滤纸，难溶于水的液态物质不能透过湿润的滤纸是由于液态水堵住了滤纸的空隙。铜圈是一个放大了的“孔隙”，铜圈上的水膜对难溶物的透过具有一定的阻碍作用。滤纸的孔隙很小，渗入滤纸孔隙的水分子对难溶物透过的阻碍作用会更大。同时，湿滤纸紧贴在漏斗壁上，漏斗壁会对滤纸中水分子的阻碍作用提供支撑作用，这种支撑作用会强化滤纸中水分子的阻碍作用。总的来说，笔者认为实验1达成了笔者的设计意图。

受实验1中苯和四氯化碳“穿过”或“不穿过”铜圈上水膜的启发，笔者设计了实验2。设计实验2的目的是要说明这样一个问题：若有足够的外力减弱或破坏滤纸中水分子的阻碍作用的话，难溶于水的液态物质就能够透过湿滤纸。实验2中的实验现象证明了笔者的这个设想，减压时，堵塞在滤纸孔隙中的水分子被向下抽出，难溶于水的液态物质就可以通过滤纸孔隙下漏了。可以设想，如果能设计一个装置在漏斗的上方给漏斗内的液体适当加压的话，难溶于水的液态物质也能透过湿润的滤纸下漏。

在此，笔者还要对“有水形成的乳浊液能用过滤法分离吗”一文中的一个实验现象作一下理论上的说明。在“有水形成的乳浊液能用过滤法分离吗”一文中，苯、煤油、甲苯、四氯化碳等物质与水形成的乳浊液只有水能透过湿滤纸，但苯酚与水形成的乳浊液能全部透过滤纸。苯酚与水形成的乳浊液能全部透过滤纸，主要决定于苯酚[2]的结构和性质。苯酚是一种含有羟基的有机物，这种结构决定了苯酚具有较强的亲水性，也决定了苯酚与含有羟基的滤纸纤维具有较强的亲和性。纯净的苯酚是无色晶体（熔点43℃），属于可溶性物质（室温下的溶解度为9.3g），不是难溶物质。将足量的苯酚晶体加入适量的水中充分振荡后静置，可以明显地看到上下层的水溶液和油溶液，但在短时间内难以见到水溶液和油溶液的明显分界线（这是在日常实验中常见到的实验现象）。其水溶液层是苯酚溶解于水形成的饱和溶液，其油溶液层可理解为少量的水溶解于苯酚形成的饱和溶液。水溶层和油溶层之间难以在短时间内出现明显的分界线，是由于二相之间的亲和性所致，那些小油滴难以迅速脱离水溶液。由于苯酚与水、滤纸均有较强的亲和性，苯酚溶液的水溶层和油溶层之间也有较强的亲和性，所以苯酚溶液的油溶层很容易渗进含水的湿滤纸孔隙进而在常压下穿过滤纸下漏。苯、煤油、甲苯、四氯化碳等物质都不具备此结构和性质特点，所以它们不能在常压下穿过湿润的滤纸孔隙而下漏。

4 结论

苯、煤油、甲苯、四氯化碳、乙酸乙酯等难溶于水的液态物质不能透过用水湿润的滤纸，是由于水堵住了滤纸孔隙。苯酚形成的乳浊液能够顺利透过滤纸，是由于苯酚与水、滤纸均有较强的亲和性。

5 教学意义

苯、煤油等物质不能透过湿滤纸的实验操作简单、实验现象有出人意料的新奇感，有助于学生从分子层次上加深对过滤的理解和认知，是中学阶段开展探究性教学和趣味实验的优质素材。

参考文献：

[1]夏立先，吴思杰.有水形成的乳浊液能用过滤法分离吗[J].中学化学教学参考，2014，（3）：40.

[2]人民教育出版社等单位编.普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础[M].北京：人民教育出版社，2007.