论文部分内容阅读
用油膜法估测分子大小,是最早测量分子大小的一种方法。本人作为物理教师对实验认真分析发现,多数学生只是按照教材所列步骤完成各步操作,其实该实验有许多问题值得深入分析。为此,我对该部分的内容做了系统梳理,主要分为以下几点
1.此实验的理论基础:①油酸的分子式是C17H33COOH,它的一部分是羧基-COOH,对水有很强的亲合力;另一部分是C17H33-对水没有亲合力而要冒出水面。因此,油酸分子会一个个地直立在水面上形成单分子油酸膜。
②实验中把油酸分子理想化成一个挨一个紧密排列的球体。
2.实验原理:取一滴配制好的已知浓度的酒精油酸溶液,记下其体积V,把其滴入水面,形成油膜,量出油膜面积S,而油膜的厚度d=V/S,即可认为是油酸分子的直径。
3.实验中为何使用油酸作为被测物。极性有机物(如醇、胺、醋等)特别是有直碳氢链的,以及各种表面活性剂(如洗衣粉、肥皂等)皆容易在水表面上铺展,形成表面膜。将不溶于水的极性有机物溶于溶剂中,然后滴加到水面上,当溶剂挥发后在水面上就由有机物形成一层膜。如果水面足够大形成的膜就是单分子层。[1]油酸的分子式为C17H33COOH,它是由两部分构成:一部分是与水有很强亲和力可溶于水的—COOH,另一部分是在结构上与水差别很大且不能溶于水的C17H33。水面上的油酸分子中—COOH留在水中,C17H33冒出水面,油酸分子直立在水面上形成单分子。
4.实验中不直接用纯油酸的原因:实验前由教师配置好油酸溶液装入细口瓶中,实验时告诉学生油酸浓度,但并没有学生提出为什么要稀释油酸。为什么以这样的浓度稀释油酸?这是实验的关键步骤之一。一滴纯油酸的体积大约是V=1×10-2mL～5×10-2mL,已知分子的数量级是d=10-10m,所以一滴纯油酸在水面上形成的面积是S==1×102～5×102m2。如此大的油膜面积在实验室中是无法实现的。所以实验时必须使用一定浓度的酒精油酸溶液,使用时
其溶液浓度大约为2×10-5。大量研究得出,油酸溶液浓度为1:200较为合适。
5.实验中痱子粉或石膏粉的作用是为了清晰地显示油膜的边界。因为水的表面张力系数大于油酸的表面张力系数,所以痱子粉或石膏粉会被油膜“排开”形成清晰的边界。
6.实验完毕为何要认真清洗水槽。我们在实验室的水槽边准备了酒精和脱脂棉球,要求每组学生在实验完毕都要用酒精棉球认真擦洗水槽。由于油酸对水是不浸润液体,如果水槽上油酸有残余,下次盛水之后就会在水面上形成多块不连续的油膜,滑石粉撒在油膜上,再滴入油酸,则原来油膜上的滑石粉散不开,从而会影响实验效果。洗衣粉等表面活性剂也会在水面形成油膜,所以不能使用。用酒精溶解油酸后容易冲洗干净。
7.此实验中用了如下两个重要的方法:
①为测量一滴油酸的体积,实验中用滴管把酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下滴入量筒内油滴的总滴数和它们的总体积,这样便知道一滴溶液的体积了。这样的操作是运用了测量微小物理量的“累积放大”法。
②油酸在水面上形成的不规则的单分子油膜,为测其面积,实验中将画有油酸轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓内正方形的个数,不足半個的舍去,多于半个的算一个。把查出的正方形的总个数乘以单个正方形的面积,就得到油膜的面积。这一操作是合理运用了“四舍五入”的方法,将不规则面积的测量转化为求正方形的个数和面积。
1.此实验的理论基础:①油酸的分子式是C17H33COOH,它的一部分是羧基-COOH,对水有很强的亲合力;另一部分是C17H33-对水没有亲合力而要冒出水面。因此,油酸分子会一个个地直立在水面上形成单分子油酸膜。
②实验中把油酸分子理想化成一个挨一个紧密排列的球体。
2.实验原理:取一滴配制好的已知浓度的酒精油酸溶液,记下其体积V,把其滴入水面,形成油膜,量出油膜面积S,而油膜的厚度d=V/S,即可认为是油酸分子的直径。
3.实验中为何使用油酸作为被测物。极性有机物(如醇、胺、醋等)特别是有直碳氢链的,以及各种表面活性剂(如洗衣粉、肥皂等)皆容易在水表面上铺展,形成表面膜。将不溶于水的极性有机物溶于溶剂中,然后滴加到水面上,当溶剂挥发后在水面上就由有机物形成一层膜。如果水面足够大形成的膜就是单分子层。[1]油酸的分子式为C17H33COOH,它是由两部分构成:一部分是与水有很强亲和力可溶于水的—COOH,另一部分是在结构上与水差别很大且不能溶于水的C17H33。水面上的油酸分子中—COOH留在水中,C17H33冒出水面,油酸分子直立在水面上形成单分子。
4.实验中不直接用纯油酸的原因:实验前由教师配置好油酸溶液装入细口瓶中,实验时告诉学生油酸浓度,但并没有学生提出为什么要稀释油酸。为什么以这样的浓度稀释油酸?这是实验的关键步骤之一。一滴纯油酸的体积大约是V=1×10-2mL～5×10-2mL,已知分子的数量级是d=10-10m,所以一滴纯油酸在水面上形成的面积是S==1×102～5×102m2。如此大的油膜面积在实验室中是无法实现的。所以实验时必须使用一定浓度的酒精油酸溶液,使用时
其溶液浓度大约为2×10-5。大量研究得出,油酸溶液浓度为1:200较为合适。
5.实验中痱子粉或石膏粉的作用是为了清晰地显示油膜的边界。因为水的表面张力系数大于油酸的表面张力系数,所以痱子粉或石膏粉会被油膜“排开”形成清晰的边界。
6.实验完毕为何要认真清洗水槽。我们在实验室的水槽边准备了酒精和脱脂棉球,要求每组学生在实验完毕都要用酒精棉球认真擦洗水槽。由于油酸对水是不浸润液体,如果水槽上油酸有残余,下次盛水之后就会在水面上形成多块不连续的油膜,滑石粉撒在油膜上,再滴入油酸,则原来油膜上的滑石粉散不开,从而会影响实验效果。洗衣粉等表面活性剂也会在水面形成油膜,所以不能使用。用酒精溶解油酸后容易冲洗干净。
7.此实验中用了如下两个重要的方法:
①为测量一滴油酸的体积,实验中用滴管把酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下滴入量筒内油滴的总滴数和它们的总体积,这样便知道一滴溶液的体积了。这样的操作是运用了测量微小物理量的“累积放大”法。
②油酸在水面上形成的不规则的单分子油膜,为测其面积,实验中将画有油酸轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓内正方形的个数,不足半個的舍去,多于半个的算一个。把查出的正方形的总个数乘以单个正方形的面积,就得到油膜的面积。这一操作是合理运用了“四舍五入”的方法,将不规则面积的测量转化为求正方形的个数和面积。