Лабораторная работа 2
«Оценка размеров молекул моторного масла».
ТЕОРИЯ: В молекулярной физике главные «действующие лица» — это
молекулы, невообразимо маленькие частицы, из которых состоят все на свете
вещества. Ясно, что для изучения многих явлений важно знать, каковы они,
молекулы. В частности, каковы их размеры.
Когда говорят о молекулах, их обычно считают маленькими упругими
твердыми шариками. Следовательно, знать размер молекул, значит знать их
радиус или диаметр.
Несмотря на малость молекулярных размеров, физики сумели разработать
множество способов их определения. В одном используется свойство некоторых
(очень немногих) жидкостей растекаться в виде пленки толщиной в одну
молекулу. В другом, размер частицы определяется с помощью сложного прибора
– ионного проектора.
Строение молекул изучают различными экспериментальными методами.
Электронография, нейтронография и рентгеновский структурный анализ
позволяют получать непосредственную информацию о структуре молекул.
Электронографии, метод, исследующий рассеяние электронов на пучке молекул в
газовой фазе, позволяет рассчитать параметры геометрической конфигурации для
изолированных сравнительно простых молекул. Нейтронография и рентгеновский
структурный анализ ограничены анализом структуры молекул либо отдельных
упорядоченных фрагментов в конденсированной фазе. Рентгенографические
исследования кроме указанных сведений дают возможность получить
количественные данные о пространственном распределении электронной
плотности в молекулах.
Спектроскопические методы основаны на индивидуальности спектров
химических соединений, которая обусловлена характерным для каждой молекулы
набором состояний и отвечающих им энергетических уровней. Эти методы
позволяют проводить качественный и количественный спектральный анализ
веществ.
Разнообразную информацию о строении и свойствах молекул дает изучение
их поведения во внешних электрических и магнитных полях.
Способ определение диаметра молекулы. Будем считать, что капля масла
растекается по воде до тех пор, пока толщина масляной плёнки не станет равной
одной молекуле, тогда диаметр одной молекулы можно определить по формуле:
d=V/S, где V – объём капли масла, S - площадь масленого пятна. Объём капли
масла можно определить следующим образом: накапать 20 капель из капилляра в
сосуд и измерить массу масла в нём. После этого массу, выраженную в
килограммах, поделить на плотность масла, которую можно взять из таблицы
плотности некоторых веществ (плотность масла моторного 890 кг/м3). Затем
полученный результат поделить на количество капель. После того, как объём
капли стал известен нужно капнуть одну каплю, масла на поверхность воды,
которая налита в широкий сосуд. Для ускорения реакции предварительно немного
1
нужно нагреть воду – приблизительно до 400С. Масло начнёт растекаться, и в
результате получится круглое пятно. После того, как пятно перестанет
расширяться, с помощью линейки измерить его диаметр и рассчитать площадь
пятна по формуле: s пятна
2
Dпятна
4
, V=M/p.
Цель работы: ознакомиться с простейшим методом оценки размеров
молекул, определить диаметр молекулы моторного масла.
Оборудование: моторное масло, пипетка, кювета, линейка, весы, разновес,
небольшой стакан, тальк (ликоподий), сосуд с водой.
Ход работы.
1. Определение объёма капли моторного масла.
В мерный цилиндр (мензурку) накапать 20 капель, взвесить и найти массу
одной капли. Использую формулу для определения объёма исследуемой
жидкости в капле V=M/p. (считать плотность масла равной 890 кг/м3).
2. Определение площади масляного пятна.
В ванну необходимо налить воду и насыпать на поверхность тальк
(ликоподий) капнуть в центр кюветы с высоты 1-2 мм 1 каплю моторного
масла, а затем наблюдать, как расплывается пятно, когда оно перестанет
расплываться – измерить его диаметр в двух взаимно перпендикулярных
направлениях и определить средний диаметр масляного пятна.
Для определения площади пятна использовать формулу: s пятна
2
Dпятна
4
3. Определение диаметра молекулы растительного масла.
Используем формулу: d
Vкапли
4М
, получаем d
S пятна
ПpDD .
Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.
М, кг
V, м3
D1, м
D2, м
Dср, м
d, м
Oцените погрешность определения размера молекул масла.
d=dизм+ d
d = *d
Вопросы к работе:
1. Сформулируйте основные положения МКТ
2. Что такое молекула?
3. Что общего и чем отличаются молекулы разных веществ ?
4. О чем свидетельствуют различные экспериментальные методы изучения молекул?
2
.
