Лабораторная работа: Определение диаметра молекул

.

Плотность практически любого вещества можно найти в доступных всем таблицах. Молярную массу легко определить, если известна химическая формула вещества.

Объем одной молекулы, если считать ее шариком, равен , где r - радиус шарика. Поэтому

.

откуда мы и получаем выражение для радиуса молекулы:

.

Первый из этих двух корней — постоянная величина, равная ≈ 7,4 · 10-9 моль1/3, поэтому формула для r принимает вид

.

Например, радиус молекулы воды, вычисленный по этой формуле, равен rВ ≈ 1,9 · 10-10 м.

Описанный способ определения радиусов молекул не может быть точным уже потому, что шарики нельзя уложить так, чтобы между ними не было промежутков, даже если они соприкасаются друг с другом. Кроме того, при такой «упаковке» молекул- шариков были бы невозможны молекулярные движения. Тем не менее вычисления размеров молекул по формуле, приведенной выше, дают результаты, почти совпадающие с результатами других методов, несравненно более точных.

Глава II. Определение диаметра молекулы

2.1 Метод Ленгмюра и Дево

Оборудование: микропипетка со шкалой, ванна размером 40х30 см, раствор жидкости в спирте с концентрацией 1:400 (олеиновая кислота и др.), тальк (ликоподий, пудра, порошок мела), линейка измерительная, лист бумаги.

Цель работы: определить приблизительно диаметр молекулы.

Исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. При попадании капли раствора на поверхность воды спирт растворяется в воде, а исследуемая жидкость образует пятно площадью S и толщиной d (порядка диаметра молекул).

Если допустить, что молекула имеет форму шара, то объем одной молекулы равен: где d – молекулы.

В лабораторной работе необходимо определить диаметр молекулы d. В микропипетку набираю 0,5 мл раствора и, расположив ее над сосудом, отсчитываю число капель n, содержащихся в этом объеме. Проделав опыт несколько раз, нахожу среднее значение числа капель в объеме 0,5 мл, а затем подсчитываю объем исследуемой жидкости в капле:

м3,

где n – число капель в объеме 0,5 мл, 1:400 – концентрация раствора.

В ванну наливаю воду толщиной 1 – 2 см. Насыпаю тальк тонким слоем на лист бумаги, ударяя слегка пальцем по коробочке. Расположив лист бумаги выше и сбоку от ванны на расстоянии 10 – 20 см, тальк сдуваю с бумаги. На поверхность воды в ванне из пипетки капаю одну каплю раствора. Линейкой измеряю, средний диаметр образовавшегося пятна D и подсчитываю его площадь. Опыт повторяю 2- 3 раза, а затем подсчитываю диаметр молекул d.

При выполнении лабораторной работы следует иметь в виду, что иногда вода из городской сети имеет примеси, затрудняющие растекание капли.

В этом случае необходимо тщательно промыть ванну и использовать дистиллированную воду.

Спирт, имеющий примеси, может легко растекаться по поверхности воды, поэтому для раствора необходим чистый этиловый спирт.

Для приготовления раствора необходимой концентрации нужно отмерить 0,5 мл жидкости и добавить в нее 4,5 мл спирта, затем в 0,5 мл полученного раствора с концентрацией 1:10 добавить 4,5 мл спирта; в 0,5 мл полученного раствора с концентрацией 1:100 добавить 1,5 мл спирта. Получившийся раствор будет иметь концентрацию 1:400. Если применять раствор большей концентрации, то необходимо иметь ванну больших размеров.

Вывод

В результате работы я изучил литературу о строении молекул, о методах определения диаметра молекул. Используя метод Ленмюра и Дево, я провел исследования по определению приблизительного диаметра молекулы олеиновой кислоты и получил следующие результаты: d=9,3×10-10 м.

Данный результат не может быть точным, так как шарики нельзя уложить так, чтобы между ними не было промежутков, даже если они соприкасаются друг с другом. Кроме того, при такой «упаковке» молекул- шариков были бы невозможны молекулярные движения. Тем не менее вычисления размеров молекул по формуле, приведенной выше, дают результаты, почти совпадающие с результатами других методов, несравненно более точных.

Список литературы

молекула атом размер диаметр

1.  Анциферов, Л. И. Самодельные приборы для физического практикума в средней школе [Текст] / Л. И. Анциферов.- М.: Просвещение, 1985.

2.  Блудов, М. И. Беседы по физике [Текст] / М. И. Блудов. – М.: Просвещение, 1992. - 140 с.

3.  Физика. Большой справочник для школьников и поступающих в вузы [Текст]/ - М.: Дрофа, 1999. - 688 с.

4.  Физический энциклопедический словарь [Текст]/ - М.: Советская энциклопедия, 1983. - 928 с.

5.  Энциклопедический словарь юного физика [Текст]/ - М.: Педагогика, 1984.