Velikost molekuly kyseliny olejové

Úkol: Proveďte řádový odhad velikosti molekuly kyseliny olejové.

Vybavení: kyselina olejová, benzín, miska o průměru cca 25 cm, korek, pipeta se stupnicí.

Následující metoda představuje jeden z nejjednodušších způsobů, jak přibližně určit velikost molekul. Je inspirovaná pokusy Benjamina Franklina, které prováděl na rybníce Clapham blízko Londýna koncem 18. století. Pomalu nalil na jeho povrch lžičku olivového oleje a sledoval, jak velká skvrna vznikne. Nejde o to určit rozměry konkrétní složité molekuly (viz obrázek 1.22a) přesně, ale pokusit se odhadnout její velikost alespoň přibližně (řádově).

Kyselina olejová se vyskytuje například v olivovém oleji; pro účely tohoto měření využijeme jednu její zajímavou vlastnost. Když se šikovným způsobem rozptýlí na povrchu vody, rozlije se po něm tak, že vznikne vrstva o tloušťce jediné molekuly (viz obrázek 1.23).

Protože jediná kapka kyseliny olejové by pokryla povrch vody o obsahu mnoha desítek m², použijeme roztok kyseliny v benzínu s objemovou koncentrací 1 : 2000. To znamená, že v jedné kapce roztoku bude kyselina olejová tvořit jen 1/2000 objemu.

1. Naučte se zacházet s pipetou tak, abyste zvládli spolehlivě odkápnout jednu kapku čistého benzínu.
2. Pomocí odkapávání kapek benzínu nad nádobou určete objem jedné kapky. Zapište hodnotu objemu.
3. Připravte si tenkou vrstvu vody (cca 1 cm) do misky. Po uklidnění hladiny jemně poprašte povrch vody korkem.
4. Kápněte jednu kapku roztoku z malé výšky na hladinu vody v misce. Poté změřte průměr oblasti pokryté molekulami kyseliny olejové, vypočítejte její obsah a zapište. V případě neúspěchu opakujte.
5. Na základě naměřených hodnot vypočítejte tloušťku vrstvy. Výpočty a výsledek přehledně zapište.

1. Jak by pokus dopadl s čistou kyselinou olejovou? Jak by pokus dopadl s čistým benzínem? Máte-li čas, můžete vyzkoušet.
2. Proč jsme hladinu pokrývali vrstvou korkového prachu?
3. Proč jsme olej ředili v benzínu, nikoliv ve vodě?
4. Atom vodíku má průměr 0,12 nm. Porovnejte tento údaj s vaším výsledkem. Jsou ve vzájemné shodě?
5. Molekula kyseliny olejové má polární a nepolární část. Polární část (COOH) je přitahována k molekulám vody, zbytek nikoliv. Pokuste se na základě této informace odhadnout rozložení molekul na povrchu vody.

Poznámky pro učitele

1. Roztok kyseliny olejové v technickém benzínu s koncentrací 1 : 2000 je potřeba připravit dopředu. Koncentrace nebude příliš přesná, neboť budete ředit jen několik kapek kyseliny v benzínu. Pokud nemáte kyselinu olejovou, lze použít i olivový olej.
2. Vyzkoušejte si pokus s vaším roztokem. Měla by vzniknout skvrna o velikosti kolem 20 cm (viz obrázek). Zkuste pokus také s čistým benzínem (bez kyseliny olejové). Měla by se vám vytvořit skvrna, která ale po vypaření benzínu zase zmizí.

   

3. Pokus s neředěným olivovým olejem je možné zhlédnout zde: https://www.youtube.com/watch?v=f2H418M3V6M. Součástí videa je taky pěkné vysvětlení celého pokusu a historické souvislosti.