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 N_о= 5 капель олеиновой кислоты (объем одной капли V_о = ...). 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	S_i	d_i	<d>	∆d	h_i	<h>	∆h
1
2
3
4
5

V₁ = 2 мм, V_o = ...., N_o = ................ Используя формулы (1) и (2), вычислите

значения d и h.

5. Повторите п.п. 3-4 несколько раз (не менее пяти), находя каждый раз d_i и h_i. 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!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!