“用油膜法估测分子的大小”实验中的几个关键问题

时间:2022-05-15 12:17:35

“用油膜法估测分子的大小”实验中的几个关键问题

“用油膜法估测分子的大小”实验是高中物理新增加的一个唯一运用宏观的测量求微观量的分组实验。实验因涉及的材料多,环节多,受多方面因素的影响,往往会出现实验结果与参考值相差悬殊的情况,使学生茫然不知所措。笔者通过多年的研究,注意到做好该实验必须要处理好几个关键问题。

1 实验原理

油酸的分子式为 ,其中一部分是憎水的烃链 ,另一部分是亲水的羟基-COOH,往水中滴一滴按一定比例配制的油酸与酒精的混合液,它很快在水面形成单分子膜,若在水面上撒些粉剂,由于油酸的表面张力系数比水小,浮在液面上的粉剂就会在不平衡的表面张力作用下向外运动,直至离开油酸膜为止。测出一滴油酸混合液中纯油酸的体积V和单分子膜的面积S,则单分子膜的厚度即为油酸分子直径L=V/S。

2 实验前的准备工作

⑴药品选用要高纯度。如油酸用化学纯以上纯度;无水酒精分析纯,含量≥99.7%。否则会影响实验结果。

⑵选择好的粉剂。不同的粉剂因其吸水性、光滑度、粗细度和密度各异,直接影响着油膜的形成。粉末应选用较细密度较大,洒在水中能明显看到一层象毛玻璃一样的粉膜的粉剂为好。这种粉剂有利于油膜形成较规则圆形和稳定的图案。相反,粉剂洒到水中后,明显看到浮在水面的颗粒,这种粉剂难以形成稳定图案,效果较差。一般选用痱子粉、石膏粉、滑石粉等。

⑶采用1ml一次性注射器。它刻度细精度高,读数误差小。

⑷配制合适的油酸酒精溶液。许多参考资料都介绍了油酸酒精体积比例。如1∶200、1∶500、1∶1000等。实验证明,油酸与酒精比例不是固定不变的。它由粉的性质、盘子规格、注射针头共同决定。配制溶液采用边试验边比对方法确定。油酸浓度太大,即使用较小的5号针头,一滴油酸溶液铺成单分子膜的面积也会过大,需用的盘子太大,带来操作不便等。油酸浓度越小,油酸形成单分子膜后,分子间的间隙越大,分子占据的面积越大,使得测量值远小于真实值。一般选用痱子粉、Ф30cm× 3cm的浅茶盘、1ml注射器配5号针头时,油酸酒精体积比1∶200较为合适。

3 良好的操作方法

⑴正确的洒粉方法。洒粉的厚度以刚刚看不清盘子的底部为宜。粉膜过厚,厚薄不均匀都会容易导致不圆滑或粉膜断裂或呈放射星状。粉膜太薄容易造成油膜飘忽不定,分界不清,影响描图和计测。洒粉时筛网(或用塑料瓶装粉,用烧热的大头针在瓶盖上从里向外扎满小孔)最好距水面约20cm,轻拍筛网,落下的粉剂在重力作用下以波的传播方式推动前面的粉剂均匀地散到盘子四周。边拍边观察粉的散状,直至粉膜厚薄均匀,复盖水面的4/5为止。如图3所示。另外,洒粉要在盘里的水静止和无风时进行。

⑵正确滴定。滴液时要控制好推活塞的力度。避免出现溶液从针头中成线状射出。这是出现最多的问题。滴定时将双手的肘部压在桌面上,保持身体平衡,双手握住注射器,母指压活塞,食指稍用力靠住活塞增大摩擦不至于活塞运动过快,用力均匀,使溶液缓慢滴出。针头距水面

约1~2cm。若针头过高滴液冲击力太大,会推粉膜开裂。用注射器抽取1ml定量油酸溶液时,要排尽针筒里的空气,平视刻度读取数字。另提醒实验过程自始至终都应保持针体约处于同一角度或保持滴法一致,使每一滴液滴体积等大。

可用打点滴输液器滴油酸溶液,不过所需时间较长和用器材、溶液较多。

⑶正确描图。为了描图时减小视差,盘中水面尽可能接近玻璃板但不能接触。眼要正视所描图案,不要斜视。待油膜稳定后,用深色水性笔将油膜图案描出,描图的准确性与否影响计算油膜面积。

⑷实验后勿忘用洗洁净把盘子上的油渍洗掉并冲干净。

4 对测量值误差的分析

总之,实验中若某一环节失误必然影响实验结果甚至导致实验失败。但只要通过引导,认识和掌握上述几种选择与操作方法,实验成功率还是非常高的。

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