浓度及温度对油酸分子直径大小测量影响的探究

2018-04-22 01:31:58 科教导刊·电子版 2018年34期
关键词:浓度温度

方明 岑丽

摘 要 油膜法估测分子直径大小的实验是中学物理实验之一。是利用宏观的测量微观量。本实验通过控制水温以及油酸的浓度测量分子的直径。研究表明当油酸溶液浓度为1:500,常温(20℃-25℃)下进行测量时,油酸分子直径的测量值和理论值误差较小。

关键词 油膜法 温度 浓度 分子直径

中图分类号:G642文献标识码:A

油膜法估测分子直径实验是中学物理实验中唯一利用宏观方法来测量微观量的实验,对提高学生对微观世界的认识具有非常重要的意义。因此,该实验对未来学生的学习以及教师的教学影响巨大。

油膜法估测分子直径实验操作要求严格,技术要求比较强,因此为了提高实验的成功率,很多学者采用不同的实验方法测定分子直径。如平行光投射投影的方法、采用Photoshop软件测量的和滴液滴的方法、滴管距离水面的高度、所用的仪器上都有做了相应的研究;有的学者还用硬脂酸苯溶液代替油酸溶液,用碳粉或木炭粉代替痱子粉进行实验研究。研究发现油酸溶液浓度及水的温度这两个因素对实验的测量具有非常大的影响。本文主要通过控制油酸溶液浓度和水的温度研究对油膜法测分子直径的影响,为中学物理实验提供一定的参考依据。

温度对分子的热运动影响极大。因此,油膜法估测分子直径大小的实验中,若环境温度发生变化会对实验结果产生影响。在实验过程中,水的温度会对油酸分子扩散成单分子层产生影响。水的温度高,分子间的运动剧烈,油酸分子在水中运动得快,容易形成单分子油膜,随着水温的升高油酸分子扩散速度增大,分子间的间距也逐渐增大。水温过高时油酸分子间的间距大于形成单分子层时分子间距;当水的温度过低时,油酸分子在水中的运动受到抑制,不一定形成单分子层油膜层,对实验测量结果产生影响。

利用控制变量法控制油酸溶液浓度不变,分别在不同的水温下进行实验测量,水温主要通过恒温棒进行控制(见表1、表2)。

1水温对油膜法估测分子直径大小的影响

表2是油酸溶液浓度不同时,在不同温度下油酸分子的直径以及相对误差。由上表数据知,当浓度为1:300,T=20℃时,测得油酸分子直径d=1.271?0-7cm,与理论值误差为13.48%;T=25℃时,测得d=1.198?0-7cm,为6.96%,常温下(20℃-30℃)实验测得油酸分子直径大小与理论值的误差范围在11.33%-6.96%之間;浓度为1:400,T=20℃时,d=1.202?0-7cm, 为7.32%;T=25℃时,d=1.159?0-7cm, 为3.48%,常温下(20℃-25℃)与理论值的误差范围在7.32%-3.48%之间;其他浓度下情况相同。由数据看出,不同浓度下,当水的温度低于20℃时,随着水温的降低,误差逐渐增大;当水的温度高于25℃时,随着水温的升高,实验测量值与理论值的误差也逐渐增大。同时在油酸溶液浓度为1:800下进行实验时由于油酸溶液浓度过低,在痱子粉膜上滴入一滴油酸溶液后形成的油膜面积过小,当水的温度达到40℃后由于温度过高,水面上的粉膜会快速溶在水中,导致形成的粉膜边界不清晰无法准确描绘出油膜的轮廓和进行测量。

由此可看出,用油膜法测油酸分子直径实验在常温(20℃-25℃)下进行测得的结果与真实值误差相对较小。

2油酸溶液浓度对估测分子直径大小的影响

在油膜法估测分子大小实验中,油酸溶液的浓度也会对实验测量产生一定影响。油酸溶液浓度过高时在水面上形成的单分子油膜面积过大,需要的盘子大会给操作带来不便,同时不易准确描绘出油膜面积。油酸浓度过小,油酸形成单分子膜后,分子间的间隙越大,分子占据的面积大于理论情况下的面积,使得测量值小于真实值,在水面上形成的单分子油膜面积小也不易准确描绘出油膜面积,都会对实验测量产生影响

从表2知在T=20℃下,当浓度为1:300时,为13.48%;浓度为1:400时,为7.32%;浓度为1:500时,为2.51%;浓度为1:600时,为4.55%;浓度为1:700时,为9.91%;浓度为1:800时, 为7.5%。可得出在同一水温下,随着配置的油酸溶液浓度逐渐减小,实验测量结果与理论值的误差也逐渐减小,当油酸溶液浓度减小到1:500时测得油酸分子直径与理论值的误差最小,但是随着油酸溶液浓度的逐渐减小实验测量结果误差反而增大,因此用油膜法估测分子直径大小的油酸溶液浓度应控制在1:500。

3结论

通过对实验测量所得数据分析知,用油膜法估测油酸分子直径实验在常温(20℃-25℃)、油酸溶液浓度比值为1:500下进行测得的结果与真实值误差相对最小。

参考文献

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