Муніципальне бюджетне загальноосвітній заклад

«Першотравнева середня загальноосвітня школа»

I муніципальна науково-практична конференція

учнів початкових і середніх класів

«Я пізнаю світ»

Природно-науковий напрямок (фізика)

Визначення розмірів молекули рослинного масла

Автор:

Хоботкового Яна Олегівна,

8 клас

керівник:

Рощупкина Людмила Анатоліївна,

вчитель фізики

село Первомайське, 2012

Зміст

1. Введення ................................................................................................... 3
2. Глава I. Що таке молекула? ..................... ......................................................... 4

Глава II. Методи визначення розмірів молекул .... .......................................... 5

Глава III. Визначення діаметра молекули рослинного масла ........................ 7

1. Висновок ............................................................................................. .8
2. Список використаної літератури ............................................................... ..9

Вступ

Всі тіла, які нас оточують, складаються з найдрібніших частинок - молекул. Дуже цікаво дізнатися, які розміри молекул? Як їх можна визначити? Через дуже малих розмірів молекули не можна побачити неозброєним оком або за допомогою звичайного мікроскопа. Їх можна побачити тільки за допомогою електронного мікроскопа. Вчені довели, що молекули різних речовин відрізняються один від одного, а молекули одного і того ж речовини однакові. На практиці виміряти діаметр молекули можна, але на жаль, в шкільній програмі не передбачено вивчення проблем такого роду.

Мета дослідження: визначити діаметр молекули рослинного масла.

Об'єкт дослідження: молекула рослинного масла

Предмет дослідження: діаметр молекули.

Гіпотеза: відомо, з різних джерел, що діаметр молекули рослинного масла може прийняти значення від 10 -7 до 10 -10 м.

Завдання дослідження:

1. Вивчення методів визначення розмірів молекул.
2. Проведення експерименту щодо визначення розмірів молекул.
3. Аналіз отриманих результатів.
4. Порівняння діаметру молекул рослинного масла отриманих експериментальним методом і статистичними даними.

Актуальність: робота відноситься до прикладних досліджень і допоможе краще розібратися в питанні визначення розмірів молекул.

Глава I. Що таке молекула?

Молекула в сучасному розумінні - це найменша частинка речовини, що володіє всіма його хімічними властивостями. Молекула здатна до самостійного існування.

Різними способами було визначено, що в 1 см 3 будь-якого газу при нормальних умовах міститься близько 2,7 × 10 19 молекул.

Щоб зрозуміти, наскільки велике це число, можна уявити, що молекула - це «цеглина». Тоді якщо взяти кількість цегли, яка дорівнює кількості молекул в 1 см 3 газу при нормальних умовах, і щільно укласти ними поверхню суші всієї земної кулі, то вони покрили б поверхню шаром висотою 120 м, що майже в 4 рази перевершує висоту 10-поверхового будинку. Величезне число молекул в одиниці об'єму вказує на дуже малі розміри самих молекул. Наприклад, маса молекули води m = 29,9 × 10 -27 кг. Відповідно малі і розміри молекул. Діаметром молекули прийнято вважати мінімальну відстань, на яке їм дозволяє зблизитися сили відштовхування. Однак поняття розміру молекули є умовним, так як на молекулярних відстанях уявлення класичної фізики не завжди виправдані. Середній розмір молекул порядку 10 -10 м.

Якби розмір молекули збільшити до розміру точки в кінці речення в книзі, то товщина людської волосини стала б дорівнює 40 м, а людина, стоячи на поверхні Землі, упирався б головою в Місяць! Якщо з дитячого гумового кульки, надутого і наповненого воднем (масою 3г), кожну секунду випускати по 1 мільйону молекул, то знадобиться 30 мільярдів років!

Молекула - це найменша частинка речовини, що володіє властивостями цієї речовини. Так, молекула цукру - солодка, а солі - солона. Молекули складаються з атомів. Розміри молекул мізерно малі.

Як добути молекулу з речовини? - механічним дробленням речовини. Кожному речовині відповідає певний вид молекул. У різних речовин молекули можуть складатися з одного атома (інертні гази) або з декількох однакових або різних атомів, або навіть з сотень тисяч атомів (полімери). Молекули різних речовин можуть мати форму трикутника, піраміди та інших геометричних фігур, а також бути лінійними.

Молекули одного і того ж речовини у всіх агрегатних станах однакові.

Між молекулами в речовині існують проміжки. Доказами існування проміжків служать зміна обсягу речовини, тобто розширення і стиснення речовини при зміні температури, і явище дифузії. Молекули речовини знаходяться в безперервному тепловому русі.

Якщо видалити простір з усіх атомів людського тіла, то все, що залишиться, зможе пролізти через вушко голки.

Глава II. Методи визначення розмірів молекул

В молекулярної фізики головні «дійові особи» - це молекули, неймовірно маленькі частинки, з яких складаються всі на світі речовини. Ясно, що для вивчення багатьох явищ важливо знати, які вони, молекули. Зокрема, які їхні розміри.

Коли говорять про молекулах, їх зазвичай вважають маленькими пружними твердими кульками. Отже, знати розмір молекул, значить знати їх радіус або діаметр.

Незважаючи на трохи молекулярних розмірів, фізики зуміли розробити безліч способів їх визначення. В одному використовується властивість деяких (далеко не всіх) рідин розтікатися в вигляді плівки товщиною в одну молекулу. В іншому, розмір частки визначається за допомогою складного приладу - іонного проектора.

Будова молекул вивчають різними експериментальними методами. Електронографія, нейтронографія і рентгенівський структурний аналіз дозволяють отримувати безпосередню інформацію про структуру молекул. Електронографії, метод, який досліджує розсіювання електронів на пучку молекул в газовій фазі, дозволяє розрахувати параметри геометричної конфігурації для ізольованих порівняно простих молекул. Нейтронографія і рентгенівський структурний аналіз обмежені аналізом структури молекул або окремих упорядкованих фрагментів в конденсованої фазі. Рентгенографічні дослідження крім зазначених відомостей дають можливість отримати кількісні дані про просторовий розподіл електронної щільності в молекулах.

Спектроскопічні методи засновані на індивідуальності спектрів хімічних сполук, яка обумовлена ​​характерним для кожної молекули набором станів і відповідних їм енергетичних рівнів. Ці методи дозволяють проводити якісний і кількісний спектральний аналіз речовин.

Різноманітну інформацію про будову і властивості молекул дає вивчення їх поведінки в зовнішніх електричних і магнітних полях.

Існують, однак, дуже прості способи визначення розмірів молекул:

1 спосіб. Заснований на тому, що молекули речовини, коли воно знаходиться в твердому або рідкому стані, можна вважати щільно прилеглими один до одного. У такому випадку для грубої оцінки можна вважати, що обсяг V деякої маси m речовини просто дорівнює сумі обсягів містяться в ньому молекул. Тоді обсяг однієї молекули ми отримаємо, розділивши обсяг V на число молекул N.

Число молекул в тілі масою m одно, як відомо,, де М - молярна маса речовини NAnbsp; - число Авогадро. Звідси обсяг V 0 однієї молекули визначається з рівності

В цей вислів входить відношення обсягу речовини до його масі. Зворотне ж ставлення є щільність речовини, так що.

Щільність практично будь-якої речовини можна знайти в доступних всім таблицях. Молярну масу легко визначити, якщо відома хімічна формула речовини.

Обсяг однієї молекули, якщо вважати її кулькою, дорівнює, де r - радіус кульки. Тому, звідки ми і отримуємо вираз для радіуса молекули:

.

Перший з цих двох коренів - постійна величина, що дорівнює ≈ 7,4 · 10 -9 моль 1/3, тому формула для r приймає вид.

Наприклад, радіус молекули води, обчислений за цією формулою, дорівнює r В ≈ 1,9 · 10 -10 м.

Описаний спосіб визначення радіусів молекул не може бути точним хоча б тому, що кульки не можна укласти так, щоб між ними не було проміжків, навіть якщо вони стикаються один з одним. Крім того, при такій «упаковці» молекул - кульок були б неможливі молекулярні руху. Проте, обчислення розмірів молекул за формулою, наведеною вище, дають результати, майже збігаються з результатами інших методів, незрівнянно більш точних.

2 спосіб. Метод Ленгмюра і Дево. В даному методі досліджувана рідина повинна розчинятися в спирті (ефірі) і бути легше води, не розчиняючись в ній. При попаданні краплі розчину на поверхню води спирт розчиняється в воді, а досліджувана рідина утворює пляму площею S і товщиною d (близько діаметра молекул).

Якщо допустити, що молекула має форму кулі, то обсяг однієї молекули дорівнює:

де d - молекули.

Необхідно визначити діаметр молекули d. У микропипетку набрати 0,5 мл розчину і, розташувавши її над посудиною, відрахувати число крапель n, що містяться в цьому обсязі. Проробивши досвід кілька разів, знайти середнє значення числа крапель в обсязі 0,5 мл, а потім підрахувати обсяг досліджуваної рідини в краплі:, де n - число крапель в обсязі 0,5 мл, 1: 400 - концентрація розчину.

У ванну налити воду товщиною 1 - 2 см. Насипати тальк тонким шаром на аркуш паперу, б'ючи злегка пальцем по коробочці. Розташувавши аркуш паперу вище і збоку від ванни на відстані 10 - 20 см, тальк здути з паперу. На поверхню води у ванні з піпетки капнути одну краплю розчину. Лінійкою виміряти, середній діаметр утворився плями D і підраховую його площа. Досвід повторити 2 3 рази, а потім підрахувати діаметр молекул d.

3 спосіб. Визначення діаметра молекули. Будемо вважати, що крапля масла розтікається по воді до тих пір, поки товщина масляної плівки не стане дорівнює одній молекулі, тоді діаметр однієї молекули можна визначити за формулою: d = V / S, де V - об'єм краплі олії, S - площа масленого плями . Обсяг краплі олії можна визначити наступним чином: накапати 100 крапель з капіляра в посудину і виміряти масу масла в ньому. Після цього масу, виражену в кілограмах, поділити на щільність масла, яку можна взяти з таблиці щільності деяких речовин (щільність масла рослинного 800 кг / м 3). Потім отриманий результат поділити на кількість крапель. Обсяг краплі можна визначити також за допомогою мірного циліндра: накапати масло в циліндр, виміряти його обсяг в см 3 і перевести в м 3, для чого поділити на 1000000, потім на кількість крапель олії. Після того, як об'єм краплі став відомий потрібно капнути одну краплю олії на поверхню води, яка налита в широкий посудину. Для прискорення реакції попередньо трохи потрібно нагріти воду - приблизно до 40 0 ​​С. Масло почне розтікатися, і в результаті вийде круглу пляму. Після того, як пляма перестане розширюватися, за допомогою лінійки виміряти його діаметр і розрахувати площу плями за формулою:.

Глава III. Визначення діаметра молекули рослинного масла

Після вивчення способів визначення розміру молекули рослинного масла був обраний найбільш відповідний - третій спосіб, так як для першого необхідно знайти молярну масу рослинного масла, а для цього необхідно знати хімічну формулу рослинного масла. Другий спосіб також нездійсненний, тому що в даному методі досліджувана рідина повинна розчинятися в спирті (ефірі) і бути легше води, не розчиняючись в ній. Такий рідиною може бути олеїнова кислота, яку складно приготувати в шкільній лабораторії.

Для проведення експерименту було визначено перелік лабораторного устаткування: піпетка, ванна розміром 40 × 30 см, рослинне масло, перманганат кальцію, лінійка вимірювальна, тальк (подрібнений крейда), вимірювальний циліндр (мензурка), термометр, електричний чайник.

Мета роботи: визначити діаметр молекули рослинного масла.

Хід експерименту:

1. Визначення обсягу краплі рослинного масла.

У мірний циліндр (мензурку) накапали 190 крапель, загальний обсяг яких склав 10 мл. Використовую формулу для визначення обсяг досліджуваної рідини в краплі з методу Ленгмюра і Дево (2 спосіб), отримуємо.

1. Визначення площі масляної плями.

Для того, щоб отримати масляна пляма провели кілька експериментів.

У ванну розміром 40 × 30 см необхідно налити воду і капнути 1 краплю олії, а потім спостерігати, як розпливається пляма, коли воно перестане розпливатися - виміряти його діаметр.

№

Умови проведення експерименту

що побачили

Діаметр плями (D, см)

1

У ванну налили холодну воду

Крапля олії не розтікається, її погано видно.

Не визначене

2

Воду нагріли до 40 0 ​​С і на поверхню насипали тальк (подрібнений крейда)

Крапля олії розтікається, але її погано видно.

Не визначене

3

Воду нагріли до 40 0 ​​С і додали перманганат калію.

Крапля олії розтікається, пляма добре видно

6

Для визначення площі плями використовували формулу:.

отримуємо: .

1. Визначення діаметра молекули рослинного масла.

Використовуємо формулу:, отримуємо .

Висновок: при розрахунку діаметра молекули рослинного масла я отримала значення, яке відповідає табличним даними.

висновок

В результаті роботи я вивчила літературу про молекулах, про методи визначення діаметра

молекул. Використовуючи отримані знання, я провела дослідження щодо визначення приблизного діаметру молекули рослинного масла і отримала наступний результат:.

Даний результат підтвердив моє припущення (гіпотезу), що діаметр молекули рослинного масла може прийняти значення від 10 -7 до 10 -10 м.

Мета моєї роботи досягнута, але вивчення теми «Молекули» ще не закінчено. На цьому невеликому дослідженні зупинятися не буду, так як є багато питань, на які хочеться знайти відповіді не тільки в книжках, але й переконатися самому, виконуючи експеримент. Наприклад, відповісти на питання: рухаються чи молекули? Які розміри молекули води і як визначити?

Список використаної літератури

1. Анциферов Л.І. Саморобні прилади для фізичного практикуму в середній школі. М .: Просвещение, 1985.
2. Блудов М.І. Бесіди з фізики. М .: Просвещение, 1984.
3. Буров В.О. Практикум з фізики в середній школі. М .: Просвещение, 1973.
4. http://medencped.ru/molekula/
5. http://www.hemi.nsu.ru/text113.htm
6. http://potomy.ru/world/2288.html
7. http://www.alsak.ru/content/view/326/122/1/1
8. http://marklv.narod.ru/mkt/str2.htm
9. http://class-fizika.narod.ru/7_stroenie.htm