Материал: Механика и молекулярная физика. Лабораторная работа № 11. Определение размеров молекул жирных кислот методические указания к лабораторной работе для студентов всех направлений подготовки

Рис. 4

Наповерхностьчистойводы помещаюткрупинкикамфары,которая очень слабо, но всё же растворима в воде. Камфара – вещество поверхностноактивное,апотомуповерхностноенатяжениераствораменьше, чемуводы.Посколькукрупинкикамфарыимеютнеправильнуюформу, растворение их на разных участках протекает с разной скоростью: быстрее на участках с выступами и медленнее на гладких участках. Вследствиеэтогоконцентрациярастворакамфарывводеоказываетсясразных сторон крупинки неодинаковой.

Различиевконцентрациирастворавблизиразличныхсторонкрупинкикамфарынарушаетравновесиедействующихнанеёсилповерхностного натяжения. В результате крупинки камфары начинают совершать беспорядочное движение по поверхности воды.

Если на поверхность воды, по которой движутся крупинки камфары, поместить некоторое количество молекул жирной кислоты, то движение крупинок замедлится. Когда жирной кислоты будет введеностолько,чтонаповерхностиобразуетсямонослой,движение полностьюпрекратится.Кусочкикамфарыбудутнеподвижнолежать на поверхности «щётки».

Для выполнения опыта жирную кислоту растворяют в спирте. Этот растворкапляминаносятнаводу.Спиртулетучивается, ажирнаякислота остаётсянаповерхностиводы.Знаяконцентрациюрастворасиизмерив количество капель раствора n, которые необходимы для прекращения движения камфары, можно судить о массе введённой кислоты:

где m – масса одной капли раствора.

Послеопределениямассыкислотыможновычислить,какоеколиче-

6

ЕслиизвестнаплощадьповерхностижидкостиS,толегкоподсчитать, какую площадь занимает одна молекула в монослое. Ясно, что на долю одной молекулы приходится площадь, равная

s 0 = S/N. (6)

Толщинамонослоя,аследовательноиразмермолекулыL,вычисляется по формуле (3).

3.Порядок работы

1.Измеритьштангенциркулемвнутреннийдиаметрцилиндрического сосуда, в который будет налита вода. Найти среднее значение диаметра D, вычислить площадь сосуда S (рис. 5). Результаты записать в таблицу «Опытные данные».

2.Заполнитьсосуднадветретиводой.Наповерхностьводынасыпать несколько крупинок камфары.

Нельзяприкасатьсярукамиккамфареивнутреннейповерхностисосуда!

3.Растворкислотынабратьвпипеткуи,капаярастворнаповерхность воды,определить,какаяпосчётукапляполностьюпрекратитдвижение камфары,тоестьзавершитсозданиемонослоя.Записатьвтаблицучисло капель n.

4. Взвесить чистый бюкс или часовое стекло и определить его массу М1.Пипеткойнабратьвнегоn1 =30капельрастворакислотыи,взвесив, найти массу бюкса с кислотой М2. Определить массу одной капли:

m = (M2 – M1)/n1.

5.ПодсчитатьмолярнуюмассуμжирнойкислотыСН3(СН2)16СООН, используя периодическую таблицу Менделеева.

6. Используя формулы (3), (5) и (6) вычислить величины L, N, s0.

Рис. 5

7

Опытные данные

μ = ……. С = 2,5 10−4;NA = 6,023 1023моль−1.

Результаты опыта:

N = …….число молекул, создавших монослой молекул жирной кислоты;

s0 = …….площадь сечения молекулы жирной кислоты, см2; L = …….длина молекулы жирной кислоты, см.

Найти погрешности определения величин N, s0 и L.

4.Контрольные вопросы

1.Что представляет собой монослой?

2.Какие вещества называются поверхностно-активными? Как образуется монослой жирной кислоты на поверхности жидкости?

3.Объяснитепричинубеспорядочногодвижениякрупиноккамфары на поверхности воды.

4.Как в данной работе определяются площадь поперечного сечения

идлина молекул жирной кислоты?

Библиографический список

1.Трофимов, Т. И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т. И. Трофимова. – М.: Высш. шк., 2007.

2.Савельев, И. В. Курс общей физики. В 3 т. Т. 1. Механика. Молекулярная физика / И. В. Савельев. – М., 2005.

8