(完整版)实验09：用油膜法估测分子直径

实验九：用油膜法估测分子直径

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1、实验目的：

(1)知道本实验的原理及所需的器材，了解实验注意的事项。

(2)会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积。

(3)会计算分子的大小，处理好实验数据。

(4)领会本实验方法构思的特点，理解间接测量微观量的思想。

2、实验原理：

油酸分子的一端具有亲水性，另一端具有憎水性，当把酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸便在水面上散开，其中酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成有自由边界的一层纯油酸薄膜，形成单分子油膜。如果将油酸看作是球状模型，测出一定体积的油酸溶液在水面上形成的油膜面积，计算出油膜的厚度，这个厚度就等于分子的直径。

3、实验器材

盛水的容器，在溶液刻度并能使油滴溶液一滴一滴下落和滴管或注射器，一个量筒，按一定的比例(一般为1：200)稀释了的油酸溶液，带有坐标方格的透明有机玻璃盖板(面积略大小容器的上表面积)，少量痱子粉或石膏粉，彩笔。

4、实验步骤

(1)用注射器或滴管将一定容积的油酸溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积的滴数，求出一滴油酸溶液中所含纯油酸的体积V 。

(2)向容器中倒入约2cm 深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上。

(3)小心地将一滴油酸溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜。

(4)轻轻地将有机玻璃盖板放到容器上，用彩笔将油酸膜 的形状画在玻璃板上。

(5)利用坐标方格计算出油膜的面积S ，再根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积求出油膜的厚度D =

S

V ，即为所测分子和直径。 5、数据处理

(1)计算分子直径时，注意加的不是纯油酸，而是酒精油酸溶液，在利用公式d =S V 计算时，式中的V 不是溶液的体积．而应该进行换算，计算出1滴酒精油酸溶液中纯油酸的体积，方法是：设n 滴酒精油酸溶液是1mL ，则每1滴的酒纯油酸溶液的体积是

n 1mL ，事先知道配制溶液的比例是M 1，则1滴溶液中的纯油酸体积V =n

1·M 1mL 。式中的S

是滴入水中后，纯油酸形成的油膜，其面积用数坐标纸上对应的格数来计算，以1cm 为边长的坐标纸上占了多少个格，其面积就是多少平方厘米，数格时，不足半个格的舍去，多于半格的算1个格．这样就可粗略地计算出油酸分子的直径．

6、注意事项

(1)痱子粉不要撒得太多，只要能够帮助看清油膜边界即可。

(2)滴入油酸溶液时，一定要细心，不要一下滴得太多，使油膜的面积过大。

(3)待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓．扩散后又收缩有两个原因：第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复；第二是酒精挥发后液面收缩．

(4)利用坐标求油膜面积时，以边长1cm 的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数时，不足一个的均算半个。

(5)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧面会残留油酸，用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去再用清水冲洗．这样可保持盘的清洁．

7、误差分析

(1) 由于我们是采用间接测量的方式测量分子的直径，实验室中配制的酒精溶液的浓度、油酸在水面展开的程度、油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度。

(2)虽然分子直径的数量级应在10-10m 。但中学阶段，对于本实验只要能测出油酸分子直线的数量级在10-9m 上即可认为是成功的。

【试题解析】

例1 在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，

所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL 溶液中有纯油酸

6mL ，用注射器测得1mL 上述溶液75滴．把1滴该溶

液滴人盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅

盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放

在坐标纸上，其形状和尺寸如图1所示．坐标中正方形

方格的边长为1cm ，试求：

(1)油酸膜的面积是多少cm 2 ?

(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积?

(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径．

解析 (1)由图形状，其中正方形方格87个，用补偿法近似处理，可补19个整小方格．实际占小方格87+19=106，那么油膜面积S =106×1 cm 2=106 cm 2．

(2)由1mL 溶液中有75滴，1滴溶液的体积751mL ．又每104mL 溶液中有纯油酸6mL ，751mL 溶液中纯油酸的体积V =410

6×751mL=8×10-6mL ． (3)油酸分子直径D ==S

V =7.5×10-10m 。

例2 在用油膜法估测分子的大小实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为V ，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为1：500，1mL 溶液油酸25滴，那么1滴溶液的体积是 mL ，所以一滴溶液中油酸体积为 cm 3，若实验中测得结果如下表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与公认的油酸分子长度值L 0=1.12×-10次数

S (cm 2) L =S V (10-7cm) L 的平均值 1

533 2

493 3 563

解析 由题给条件得，1滴溶液的体积V =

25

1mL ，由题意可知：1滴溶液中油酸体积5001×251cm 3=8 ×10-5cm 3． 据此算得3次测得L 的结果分别为1.50×10-7cm 、1.62×10-7cm 、1.42×10-7cm ，其

平均值L =3

321L L L ++=1.51×10-7cm =1.51×10-10m ，这与公认值的数量级相吻合，故本次估测数值符合数量级的要求．

【实验拓展】

1．学科间综合

例3 油酸分子式是C 17H 33COOH ，其中 对水有很强的亲和力，故当它滴入水中时，油酸分子能 在水中，形成一个 油膜．

解析 油酸的化学分子式是C 17H 33COOH ．它的一个分子可以设想为两部分组成：一部分是C 17H 33-，它不受水的吸引；另一部分是-COOH ，它对水有很强的亲合力．经过酒精稀释的油酸滴在水面上形成近似圆形的油膜，

酒精溶于水并挥发后，在水面上形成一层单分子纯

油酸层，其中C 17H 33-冒出水面，而-COOH 部分在水

中．如图2所示，估算油酸分子的最大长度只需求

出这层油膜的厚度即可．

2．分子间距离的计算

例4 如图3所示,食盐(NaCl)的晶体是由钠离子(图中○)和

氯离子(图中●)组成的.这两种离子在空间中三个互相垂直的方

向上,都是等距离地交错排列的.已知食盐的摩尔质量是

58.5g/mol,食盐的密度是2.2g/cm 3.阿伏伽德罗常数为6.0×

1023mol -1.在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离的

数值最接近于(就下面四个数值相比).