濃度及溫度對油酸分子直徑大小測量影響的探究

方明　岑麗

摘 要 油膜法估測分子直徑大小的實驗是中學(xué)物理實驗之一。是利用宏觀的測量微觀量。本實驗通過控制水溫以及油酸的濃度測量分子的直徑。研究表明當(dāng)油酸溶液濃度為1：500，常溫（20℃-25℃）下進行測量時，油酸分子直徑的測量值和理論值誤差較小。

關(guān)鍵詞 油膜法 溫度 濃度 分子直徑

中圖分類號：G642文獻標(biāo)識碼：A

油膜法估測分子直徑實驗是中學(xué)物理實驗中唯一利用宏觀方法來測量微觀量的實驗，對提高學(xué)生對微觀世界的認識具有非常重要的意義。因此，該實驗對未來學(xué)生的學(xué)習(xí)以及教師的教學(xué)影響巨大。

油膜法估測分子直徑實驗操作要求嚴格，技術(shù)要求比較強，因此為了提高實驗的成功率，很多學(xué)者采用不同的實驗方法測定分子直徑。如平行光投射投影的方法、采用Photoshop軟件測量的和滴液滴的方法、滴管距離水面的高度、所用的儀器上都有做了相應(yīng)的研究;有的學(xué)者還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進行實驗研究。研究發(fā)現(xiàn)油酸溶液濃度及水的溫度這兩個因素對實驗的測量具有非常大的影響。本文主要通過控制油酸溶液濃度和水的溫度研究對油膜法測分子直徑的影響，為中學(xué)物理實驗提供一定的參考依據(jù)。

溫度對分子的熱運動影響極大。因此，油膜法估測分子直徑大小的實驗中，若環(huán)境溫度發(fā)生變化會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。在實驗過程中，水的溫度會對油酸分子擴散成單分子層產(chǎn)生影響。水的溫度高，分子間的運動劇烈，油酸分子在水中運動得快，容易形成單分子油膜，隨著水溫的升高油酸分子擴散速度增大，分子間的間距也逐漸增大。水溫過高時油酸分子間的間距大于形成單分子層時分子間距;當(dāng)水的溫度過低時，油酸分子在水中的運動受到抑制，不一定形成單分子層油膜層，對實驗測量結(jié)果產(chǎn)生影響。

利用控制變量法控制油酸溶液濃度不變，分別在不同的水溫下進行實驗測量，水溫主要通過恒溫棒進行控制（見表1、表2）。

1水溫對油膜法估測分子直徑大小的影響

表2是油酸溶液濃度不同時，在不同溫度下油酸分子的直徑以及相對誤差。由上表數(shù)據(jù)知，當(dāng)濃度為1：300，T=20℃時，測得油酸分子直徑d=1.271？0-7cm，與理論值誤差為13.48%;T=25℃時，測得d=1.198？0-7cm，為6.96%，常溫下（20℃-30℃）實驗測得油酸分子直徑大小與理論值的誤差范圍在11.33%-6.96%之間;濃度為1：400，T=20℃時，d=1.202？0-7cm， 為7.32%;T=25℃時，d=1.159？0-7cm， 為3.48%，常溫下（20℃-25℃）與理論值的誤差范圍在7.32%-3.48%之間;其他濃度下情況相同。由數(shù)據(jù)看出，不同濃度下，當(dāng)水的溫度低于20℃時，隨著水溫的降低，誤差逐漸增大;當(dāng)水的溫度高于25℃時，隨著水溫的升高，實驗測量值與理論值的誤差也逐漸增大。同時在油酸溶液濃度為1：800下進行實驗時由于油酸溶液濃度過低，在痱子粉膜上滴入一滴油酸溶液后形成的油膜面積過小，當(dāng)水的溫度達到40℃后由于溫度過高，水面上的粉膜會快速溶在水中，導(dǎo)致形成的粉膜邊界不清晰無法準(zhǔn)確描繪出油膜的輪廓和進行測量。

由此可看出，用油膜法測油酸分子直徑實驗在常溫（20℃-25℃）下進行測得的結(jié)果與真實值誤差相對較小。

2油酸溶液濃度對估測分子直徑大小的影響

在油膜法估測分子大小實驗中，油酸溶液的濃度也會對實驗測量產(chǎn)生一定影響。油酸溶液濃度過高時在水面上形成的單分子油膜面積過大，需要的盤子大會給操作帶來不便，同時不易準(zhǔn)確描繪出油膜面積。油酸濃度過小，油酸形成單分子膜后，分子間的間隙越大，分子占據(jù)的面積大于理論情況下的面積，使得測量值小于真實值，在水面上形成的單分子油膜面積小也不易準(zhǔn)確描繪出油膜面積，都會對實驗測量產(chǎn)生影響

從表2知在T=20℃下，當(dāng)濃度為1：300時，為13.48%;濃度為1：400時，為7.32%;濃度為1：500時，為2.51%;濃度為1：600時，為4.55%;濃度為1：700時，為9.91%;濃度為1：800時， 為7.5%。可得出在同一水溫下，隨著配置的油酸溶液濃度逐漸減小，實驗測量結(jié)果與理論值的誤差也逐漸減小，當(dāng)油酸溶液濃度減小到1：500時測得油酸分子直徑與理論值的誤差最小，但是隨著油酸溶液濃度的逐漸減小實驗測量結(jié)果誤差反而增大，因此用油膜法估測分子直徑大小的油酸溶液濃度應(yīng)控制在1：500。

3結(jié)論

通過對實驗測量所得數(shù)據(jù)分析知，用油膜法估測油酸分子直徑實驗在常溫（20℃-25℃）、油酸溶液濃度比值為1：500下進行測得的結(jié)果與真實值誤差相對最小。

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