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分子那么小,我们怎么测量它?把很小的1滴油酸滴在水面上,水面上会形成一块油酸薄膜,薄膜是由单层的油酸分子组成的。尽管油酸分子有着复杂的结构和形状,但在估测其大小的数量级时,可以把它简化为球形,示意图如下图所示。测出油膜的厚度d,就是油酸分子的直径。油膜的厚度等于这一小滴油酸的体积与它在水面上摊开的面积之比。
因此,要估测油酸分子的直径,就要解决两个问题:一是获得很小的一小滴油酸并测出其体积,二是测量这滴油酸在水面上形成的油膜面积。
实验步骤(1)用注射器或滴管将一定容积的油酸溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积的滴数,求出一滴油酸溶液中所含纯油酸的体积V。
(2)向容器中倒入约2cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上。
(3)小心地将一滴油酸溶液滴到水面上,让它在水面上自由地扩展为油酸膜。
(4)轻轻地将有机玻璃盖板放到容器上,用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板上。
式中的S是滴入水中后纯油酸形成的油膜面积,其大小用数坐标纸上对应的格数来计算,以1cm为边长的坐标纸上占了多少个格,其面积就是多少平方厘米,数格时,不足半个格的舍去,多于半格的算1个格。这样就可粗略地计算出油酸分子的直径。
注意事项(1)痱子粉不要撒得太多,只要能够帮助看清油膜边界即可。
(2)滴入油酸溶液时,一定要细心,不要一下滴得太多,使油膜的面积过大。
(3)待测油酸面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廊,扩散后又收缩有两个原因:第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复;第二是酒精挥发后液面收缩。
(4)利用坐标纸求油膜面积时,以边长1cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数时,大于半个的均算一个。
(5)当重做实验时,水从盘的一侧边缘倒出,在这侧面会残留油酸,用少量酒精清洗,并用脱脂棉擦去再用清水冲洗,这样可保持盘的清洁
误差分析(1)由于我们是采用间接测量的方式测量分子的直径,实验室中配制的酒精溶液的浓度、油酸在水面展开的程度、油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度。
(2)虽然分子直径的数量级应在10-10m。但中学阶段,对于本实验只要能测出油酸分子直径的数量级在10-10m左右即可认为是成功的。
例题:
(1)实验中为什么要让油膜尽可能散开?
(2)实验测出油酸分子的直径是多少?(结果保留两位有效数字)
(3)如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S,这种油的密度为ρ,摩尔质量为M,试写出阿伏加德罗常数的表达式。
解析:(1)为使油膜在水面上形成单分子油膜。
分子这么小,我们可用“油膜法”测分子直径,关键是获得一滴油酸酒精溶液,并由配制浓度求出其中所含纯油酸的体积,再就是用数格子法(对外围小格“四舍五入”)求出油膜面积,再由公式d=V/S计算结果。
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