Номер 13, страница 44, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Начальные сведения о строении вещества. Параграф 5. Атомы и молекулы - номер 13, страница 44.

Условие.

13. Предложите опыт, с помощью которого можно оценить размер молекулы керосина.

Решение.

Для оценки размера молекулы керосина можно использовать классический метод, основанный на получении мономолекулярного слоя вещества на поверхности воды. Суть метода заключается в том, чтобы заставить очень малый, но известный объем керосина растечься по максимально возможной площади, образовав при этом слой, толщина которого равна размеру одной молекулы.

Необходимое оборудование и материалы:

• Большая плоская емкость с водой (например, поднос или фотографическая кювета).

• Керосин.

• Летучий растворитель (например, бензин, спирт или эфир).

• Медицинский шприц или калиброванная пипетка для измерения малого объема жидкости.

• Мелкий порошок (тальк, порошок ликоподия или просто пыль).

• Линейка или миллиметровая бумага.

Порядок проведения опыта:

1. В емкость наливается чистая вода. Чтобы границы будущего пятна были хорошо видны, поверхность воды следует равномерно посыпать тонким слоем порошка.

2. Необходимо получить очень малый объем чистого керосина. Напрямую это сделать сложно, поэтому готовят раствор керосина в летучем растворителе с очень низкой и точно известной концентрацией. Например, можно растворить 1 см³ керосина в 999 см³ растворителя. Концентрация керосина в таком растворе будет $C = \frac{1}{1000} = 0.001$.

3. С помощью пипетки или шприца отмеряется небольшой известный объем раствора, например $V_{р-ра} = 1$ мм³, и одна капля этого раствора аккуратно помещается на поверхность воды в центре емкости.

4. Растворитель быстро испаряется, а оставшийся чистый керосин растекается по поверхности воды, образуя тонкую пленку. Эта пленка раздвигает частицы порошка, делая свои границы четко видимыми. Пленка будет расширяться до тех пор, пока ее толщина не станет равной размеру одной молекулы (сформируется мономолекулярный слой). После этого растекание прекратится, и пленка примет форму круга.

5. С помощью линейки измеряется диаметр $\text{D}$ образовавшегося керосинового пятна.

Расчет размера молекулы:

В основе расчета лежит допущение, что толщина $\text{d}$ полученной пленки равна искомому размеру (диаметру) молекулы керосина. Пленку можно считать очень тонким цилиндром, объем которого $V_к$ равен произведению площади его основания $\text{S}$ на высоту $\text{d}$.

Сначала вычисляется объем чистого керосина $V_к$, который содержался в капле раствора:

$V_к = V_{р-ра} \cdot C$

Затем вычисляется площадь $\text{S}$ керосинового пятна по его измеренному диаметру $\text{D}$:

$S = \frac{\pi D^2}{4}$

Так как объем этой пленки равен $V_к = S \cdot d$, то толщину пленки $\text{d}$, а значит и примерный диаметр молекулы, можно найти по формуле:

$d = \frac{V_к}{S} = \frac{4 \cdot V_{р-ра} \cdot C}{\pi D^2}$

Ответ: Для оценки размера молекулы керосина предлагается эксперимент по созданию его мономолекулярного слоя на поверхности воды. Для этого на присыпанную порошком поверхность воды капают каплю раствора керосина известной низкой концентрации в летучем растворителе. После испарения растворителя керосин образует тонкое круглое пятно. Измерив диаметр этого пятна и зная объем чистого керосина в капле, можно рассчитать толщину пленки по формуле $d = V/S$. Эта толщина принимается за оценку размера (диаметра) молекулы керосина.