Лабораторная работа: Определение диаметра молекул
Разнообразную информацию о строении и свойствах молекул дает изучение их поведения во внешних электрических и магнитных полях.
Существует, однако, очень простой, хотя и не самый точный, способ вычисления радиусов молекул (или атомов) Он основан на том, что молекулы вещества, когда оно находится в твердом или жидком состоянии, можно считать плотно прилегающими друг к другу. В таком случае для грубой оценки можно считать, что объем V некоторой массы m вещества просто равен сумме объемов содержащихся в нем молекул. Тогда объем одной молекулы мы получим, разделив объем V на число молекул N .
Число молекул в теле массой m равно, как известно, 
, где М — молярная масса вещества N A — число Авогадро. Отсюда объем V 0 одной молекулы определяется из равенства
.
В это выражение входит отношение объема вещества к его массе. Обратное же отношение 
есть плотность вещества, так что
.
Плотность практически любого вещества можно найти в доступных всем таблицах. Молярную массу легко определить, если известна химическая формула вещества.
Объем одной молекулы, если считать ее шариком, равен 
, где r - радиус шарика. Поэтому
.
откуда мы и получаем выражение для радиуса молекулы:
.
Первый из этих двух корней — постоянная величина, равная ≈ 7,4 · 10-9 моль1/3 , поэтому формула для r принимает вид
.
Например, радиус молекулы воды, вычисленный по этой формуле, равен r В ≈ 1,9 · 10-10 м.
Описанный способ определения радиусов молекул не может быть точным уже потому, что шарики нельзя уложить так, чтобы между ними не было промежутков, даже если они соприкасаются друг с другом. Кроме того, при такой «упаковке» молекул- шариков были бы невозможны молекулярные движения. Тем не менее вычисления размеров молекул по формуле, приведенной выше, дают результаты, почти совпадающие с результатами других методов, несравненно более точных.
Глава II . Определение диаметра молекулы
2.1 Метод Ленгмюра и Дево
Оборудование: микропипетка со шкалой, ванна размером 40х30 см, раствор жидкости в спирте с концентрацией 1:400 (олеиновая кислота и др.), тальк (ликоподий, пудра, порошок мела), линейка измерительная, лист бумаги.
Цель работы: определить приблизительно диаметр молекулы.
Исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. При попадании капли раствора на поверхность воды спирт растворяется в воде, а исследуемая жидкость образует пятно площадью S и толщиной d (порядка диаметра молекул).
Если допустить, что молекула имеет форму шара, то объем одной молекулы равен: 
где d – молекулы.
В лабораторной работе необходимо определить диаметр молекулы d. В микропипетку набираю 0,5 мл раствора и, расположив ее над сосудом, отсчитываю число капель n, содержащихся в этом объеме. Проделав опыт несколько раз, нахожу среднее значение числа капель в объеме 0,5 мл, а затем подсчитываю объем исследуемой жидкости в капле:
м3 ,
где n – число капель в объеме 0,5 мл, 1:400 – концентрация раствора.
В ванну наливаю воду толщиной 1 – 2 см. Насыпаю тальк тонким слоем на лист бумаги, ударяя слегка пальцем по коробочке. Расположив лист бумаги выше и сбоку от ванны на расстоянии 10 – 20 см, тальк сдуваю с бумаги. На поверхность воды в ванне из пипетки капаю одну каплю раствора. Линейкой измеряю, средний диаметр образовавшегося пятна D и подсчитываю его площадь. Опыт повторяю 2- 3 раза, а затем подсчитываю диаметр молекул d.
При выполнении лабораторной работы следует иметь в виду, что иногда вода из городской сети имеет примеси, затрудняющие растекание капли.
В этом случае необходимо тщательно промыть ванну и использовать дистиллированную воду.
Спирт, имеющий примеси, может легко растекаться по поверхности воды, поэтому для раствора необходим чистый этиловый спирт.
Для приготовления раствора необходимой концентрации нужно отмерить 0,5 мл жидкости и добавить в нее 4,5 мл спирта, затем в 0,5 мл полученного раствора с концентрацией 1:10 добавить 4,5 мл спирта; в 0,5 мл полученного раствора с концентрацией 1:100 добавить 1,5 мл спирта. Получившийся раствор будет иметь концентрацию 1:400. Если применять раствор большей концентрации, то необходимо иметь ванну больших размеров.