用油膜法估测分子大小的实验研究

实验十用油膜法估测分子大小的实验研究

一实验原理

将一滴经过乙醇稀释的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上迅速散开形成一个近似圆形的油膜，此时溶液中的酒精大部分溶于水，其余的就挥发掉了，留在水面上的是一层纯油酸薄膜。实验已经发现这层油膜是一个单分子层，即是一个分子厚度，油酸分子直立在水面上，因此估测油酸分子的最大长度只要估计油膜厚度就可以了。

二实验过程

（1）配制溶液

用10ml量杯配制油酸对溶液比为1:100的稀释溶液，稀释剂用无水酒精。配制过程中所用的各种器具必须保持清洁，吸取酒精、油酸、溶液的注射器必须分别专用，以免加大误差。

（2）测油酸体积

用注射器计数1ml稀释溶液的滴数。反复记三次，取平均值作为1ml溶液的滴数。根据所配稀溶液中油酸与溶液之比，1ml溶液的滴数，计算出每一滴溶液所含纯油酸的体积。

（3）测油酸面积

在清洁的浅盘中倒入清水，水深1—2cm。待水面平静后在水面上撒上一层薄而均匀的爽生粉。用注射器在浅盘中央水面上约1cm处，滴一滴稀释的油酸。片刻后，将有机玻璃板轻轻盖到浅盘上，注意不要振动水面。用水彩笔迅

速在有机玻璃上描绘出油酸薄膜的轮廓图。将有机玻璃上的轮廓描到方格纸上，并利用方格纸算出轮廓的面积S 。

三 实验数据及误差分析

（1）一滴溶液所含纯油酸的体积

1ml 稀释溶液的滴数分别为176滴、178滴、174滴，三者取平均值，得每一滴稀释溶液体积为1176 ml, 稀释溶液中纯油酸浓度为1:100，综上得每一滴稀释溶液中纯油酸的体积为 V 0= 1176 × 1100 =5.6818×10−5 ml

(2) 一滴溶液中油酸单层分布时的薄膜面积

S=406cm 2

(3) 油膜厚度（分子大小L ）计算

L =

V 0S =5.6818×10−5ml 406cm 2=1.399×10−7cm

(4) 实验误差分析

公认值L=1.12×10−7

精确度= 1.399×10−7cm −1.12×10−7cm 1.12×10−7×100％=24.9％ 实验结果明显比公认值偏大，导致误差的原因可能有以下几点：1、从配置油酸溶液到将油酸溶液滴到浅盘水面上经过一段时间，而且这段时间没有对溶液进行密封措施，这会使得溶液中酒精大量挥发（酒精较油酸易挥发），导致溶液中的油酸浓度较测量值偏大，进一步影响实验结果，使结果偏大； 2、在计1ml 稀释溶液滴数与将稀释溶液滴入浅盘时前后注射器角度不一样可能导致两次操作中每一滴的体积不同，导致实验结果偏离公认值；3、描又算面积轮廓时视线没有与有机玻璃板面严格垂直，使得描出来的面积与真实面积不符。

四思考问题

1、查阅有关资料，列举几种测量分子大小的方法：

答：常用的有：油膜法、显微法、扩散系数法等。

2、直接用油酸（不稀释）做实验可以吗？为什么？

答：可以直接用油酸做实验，但是一滴纯油酸单层分布时其面积是非常大的，平时很难在实验室内实现单层分布，所以实验室中不适合用纯油酸做实验。根据实验室浅盘的面积大小可以配置不同浓度的油溶液。

3、实验中的爽生粉起什么作用？可以不用吗？还有什么物质可以代替爽生粉？

答：爽生粉的作用是衬托出油酸的面积。由于油酸溶液无明显颜色，所以分布在水面上的油酸不容易被观察，而通过爽生粉可以观察油膜面积。只要是不溶于水、油酸且质轻的粉末均可以做为爽身粉的替代品。常用的有松花粉、滑石粉等。

4、总结实验中用到了哪些物理研究方法：

答：用到的物理研究方法有：（1）衬托法利用爽生粉的分布确定油膜面积；（2）差值法:测取油酸和酒精体积，以及计数1ml稀释溶液的滴数时用到差值法；（3）等效法：用爽身粉散开的的面积来替代油膜扩散的面积；（4）放大法：测量一滴油酸溶液体积时先求1ml溶液体积，再除以总滴数。（5）模型法：将分子分布理想化为单层分布模型。

5分析实验中哪些步骤是关键？产生误差的主要原因是什么？

答：关键步骤:计1ml西施油酸溶液的滴数；往浅盘中滴入溶液；描绘油酸轮廓。

五、实验中要注意的问题

（1）施油酸溶液的滴数要准确；（2）滴入溶液时保证一滴的体积与计1ml 油酸滴数时一滴的体积相等；（3）轮廓时要找准时机，且在短时间内完成；（4）度距水面1cm左右，因为高度过高时液滴会给水面带来较大的冲击，从而影响油膜面积；（5）水面应保持静止，以免影响油膜面积；（6）液配制好的溶液前要保证溶液是均匀的。（7）爽身粉在水面上的分布力求薄而匀。

六、如何指导学生做实验？

本实验的原理是：已知体积的液体单层分布，通过测量液体分布的面积间接求出单分子层的厚度，亦即分子的直径。这是整个实验的根本所在，教学过程中可以让学生明白这一点之后，其他的很多问题都会迎刃而解，至于怎样获得单分子层以及怎样测量液滴的体积和面积的方式可以让学生先自己想办法，再根据现有的实验条件本导出现有的实验方案。

以“液滴体积要准确、分子要单层分布、面积测量要准确且方便”为基本要求，结合提问、相互探讨的方式可以逐渐得出实验中应该注意的问题，以及让学生明白实验中液滴的选择是不唯一的，稀释是非必须的，浅盘面积也是没有限制的，只要三者配合后能够大道实验基本要求即可；爽生粉的作用是衬托出油酸的面积，要是不溶于水、油酸且质轻的粉末均可以做为爽身粉的替代品。

为了追求更精确的实验结果，可以让学生探究除课本提及之外还有哪些应该注意的事项，结合生活常识应该总结出以下两点：计1ml稀释溶液滴数与将稀释溶液滴入浅盘时前后注射器角度应保持一致；据注射器的结构特点引出差值法使用的必要性；结合使用量筒是读数应该注意的事项引出在有机玻璃板上描轮廓时视线应与玻璃板垂直这一要素。1