第六节 用油膜法测量分子的大小实验

一、研究目的
     1、测量油酸分子的直径。

     2、学习间接测量微观量的原理和方法。

二、实验说明
     油膜法是粗略测定分子大小的重要实验，通过该实验可以使学生对分子大小的数量级有一个比较具体的认识，可以训练学生运用数学方法和累积方法的科学方法，体会物理测量中的科学思想。

三、实验器材
     浅盘（直径为40cm的圆盘），比浅盘略大的有机玻璃板，250ml稀油酸溶液（油酸浓度为1：250），量筒（10ml），2ml注射器及针头，水彩笔，坐标纸，痱子粉。

四、理论依据
     油酸分子（C₁₇H₃₃COOH）由两部分组成：一部分是—COOH，它对水具有很强的亲和力；另一部分是C₁₇H₃₃—，是疏水基团。把油酸滴在水面上，C₁₇H₃₃—部分冒出水面，而—COOH部分留在水中，使得油酸分子直立在水面，并在水面上散开形成单分子层薄膜。油酸的分子的相对分子质量为282，1mol油酸的质量为m=282g，油酸密度为，油酸分子的体积为。代人数据可得1个油酸分子的体积为。油酸分子实际的横截面积为0.185nm²如果把油酸分子看成柱形结构，计算可得分子纵向长度为2.8*10^-9m，这个结果与通过分子键长计算的结果2.9*10^-9m一致。

     计算方法：设油酸滴入水面后的体积为V，因此油膜厚度（一个油酸分子的长度）L=V/S。式中S为水面上油膜的面积。

     设油酸分子直径（圆柱底面直径为 ），则有

     

     其中，N为一滴油酸中油酸分子的个数。一滴纯油酸可以在水面上形成几个平方米的薄膜，不易测量。为此，先配制一定浓度的油酸酒精溶液（1：250），用注射器吸取溶液。然后将枕头向下，缓缓推出溶液，使溶液一滴一滴地滴到量杯中，当滴入量杯中溶液体积达到1ml时，记下此时的体积和也滴滴下数目n，则一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积。

     设油酸的密度为 ，摩尔质量为 ，则一滴油酸所含的油酸分子个数为。

     思考：这种方法粗略测定分子的大小，忽略了分子间的空隙而把分子的形状进行理想化，从理论上你认为这种方法是否可行？说出理由。