ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ МОЛЕКУЛ ПО ПЛОЩАДИ ПЯТНА
ЦЕЛЬ. Определить поперечный диаметр и длину молекул олеиновой кислоты.
ОБОРУДОВАНИЕ: 0,3% спиртовой раствор олеиновой кислоты; шприц объемом 1 мл; кювета 20х20 см; тальк; линейки или палетка для определения площади пятна.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Представление о молекулярном строении тел, на первый взгляд, не согласуется с нашим обычным опытом. В лучший оптический микроскоп, который дает возможности различать предметы, размеры которых не меньше (2-3)· 10-7 м, рассмотреть отдельные молекулы, даже самые крупные, нельзя. Однако целый ряд косвенных методов позволил не только надежно доказать существование молекул и атомов, но даже установить их размеры. Так, размер атомов водорода имеет порядок 1,2·10-10 м; длина молекулы водорода, т.е. расстояние между центрами двух атомов, ее составляющих, равна 2,3 · 10-10 м. Существуют и более крупные молекулы. Например, молекулы белка (альбумин) имеют размеры 4,3 · 10-6 м. В последние десятилетия благодаря широкому развитию электронной микроскопии оказалось возможным не только наблюдать, но и сфотографировать наиболее крупные молекулы и образованные ими структуры.
Оценка размеров молекул становится важной самостоятельной задачей во многих исследованиях в области физики твердого тела, кристаллохимии и т.д.
В данной работе предлагается один из косвенных методов определения размеров молекулы сложного органического соединения -олеиновой кислоты. Этот метод технически прост и не требует применения специальной, сложной техники. Однако он позволяет с удовлетворительной точностью оценить линейные размеры молекулы олеиновой кислоты (С17Н33СООН): ее поперечный диаметр и длину.
|
|
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Олеиновая кислота является представителем класса карбоновых кислот, главным отличительным признаком которых является наличие функциональной карбоксильной группы - СООН, определяющей их свойства:
Она не растворима в воде. При взаимодействии со спиртом олеиновая кислота образует сложный эфир, но при добавлении его в воду происходит гидролиз: эфир вновь превращается в кислоту и спирт, который при этом уходит в водный раствор. На поверхности воды остаются молекулы олеиновой кислоты (капля эфира растекается мономолекулярным слоем), при этом длинные молекулы кислоты устанавливаются вертикально вплотную друг к другу с опущенными в воду карбоксильными группами.
Таким образом, зная количество N молекул олеиновой кислоты в капле ее спиртового раствора и определяя площадь S пятна, образованного каплей на поверхности воды, можно оценить поперечный размер молекулы:
. (1)
|
|
Длину молекулы можно оценить по толщине пятна:
(2)
где - объем, занимаемый олеиновой кислотой в капле спиртового раствора.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРА
Для приготовления раствора используем V1 = 2 мл этилового спирта и Nо= 5 капель олеиновой кислоты (объем одной капли Vо = ...). Смесь помещаем в чистый сухой флакон.
В одной капле спиртового раствора процентное содержание молекул кислоты такое же, как во флаконе. Поэтому объем, занимаемый молекулами кислоты в капле раствора, можем определить из соотношения:
,
где - объем кислоты во флаконе,
- объем кислоты в капле раствора,
- объем спирта в капле раствора.
Заметим, что кислота занимает ничтожный объем по сравнению со спиртом, поэтому будем считать, что Vпрактически равен объему капли раствора V . Таким образом:
(3)
Число молекул N в объеме легко найти, зная молярную массу μ и плотность ρ олеиновой кислоты:
, (4)
где N А - число Авогадро,
= 282 г/моль,
ρ = 0,89 г/см3.
|
|
Подставляя (3) и (4) в (2) и (1) соответственно, находим искомые размеры молекул.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Определите объем V одной капли спиртового раствора олеиновой
кислоты. Для этого наберите в шприц V3 = 0,5 мл раствора. Медленно
выпуская раствор из шприца, определите количество капель N'0,
содержащихся в данном объеме V3. Объем одной капли найдите из соотношения
.
2. По формулам (3) и (4) рассчитайте объем и кол-во молекул N
кислоты, содержащихся в объеме V . Данные занесите в таблицу.
3. Налейте воду в кювету. На поверхность воды насыпьте тонкий слой талька, затем нанесите одну каплю спиртового раствора олеиновой кислоты.
4. По смещению талька определите границу пятна. Определите его площадь при помощи палетки. Результаты измерений занесите в таблицу:
№ 1 2 3 4 5 | V | N | Si | di | <d> | ∆d | hi | <h> | ∆h | |
1 |
|
|
|
|
|
|
| |||
2 | ||||||||||
3 | ||||||||||
4 | ||||||||||
5 |
V1 = 2 мм, Vo = ...., No = ................ Используя формулы (1) и (2), вычислите
|
|
значения d и h.
5. Повторите п.п. 3-4 несколько раз (не менее пяти), находя каждый раз di и hi. Результаты усредните. Вычислите абсолютную и относительную погрешность измерений. Проанализировав полученные результаты, сделайте вывод о надежности предложенного метода.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем суть предложенного метода определения линейных размеров
молекул олеиновой кислоты? Каковы его особенности, является ли данный
метод универсальным?
2. Какой порядок имеют линейные размеры молекул различных
веществ?
ЛИТЕРАТУРА
[1] § 87;
[13] стр. 141-144.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2-04
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 1152; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!