“油膜法”實(shí)驗(yàn)用粉劑的特性及粉劑的選擇

陳 雨 楊小平

(平南縣中學(xué) 廣西 貴港 537300)

學(xué)生做油膜法測(cè)分子大小實(shí)驗(yàn)，成功率很低，有人甚至把虛假的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看作正確的結(jié)果.其原因之一是未能正確選擇實(shí)驗(yàn)使用的粉劑.教材和不少文章說，滑石粉、木炭粉等粉劑都可以用于“油膜法”實(shí)驗(yàn)，事實(shí)并非如此.本文通過對(duì)實(shí)驗(yàn)中的物理變化過程進(jìn)行觀察和分析，提出了“油膜法”實(shí)驗(yàn)用的粉劑應(yīng)具有自行快速擴(kuò)散的特性和衡量粉劑特性的指標(biāo)及檢測(cè)方法，為正確選擇粉劑提供依據(jù).

1 粉膜和油酸溶液薄膜在實(shí)驗(yàn)中的物理變化過程

眾所周知，把痱子粉撒到水面上時(shí)會(huì)形成一層粉膜.粉膜是由痱子粉微粒及微粒之間的間隙組成.如果撒粉量增大，粉微粒之間的間隙會(huì)隨之減小，粉膜密度隨之增大.在成功的“油膜法”實(shí)驗(yàn)中，粉膜和油酸溶液薄膜的三個(gè)物理變化如下.

(1)油酸溶液面積擴(kuò)展和粉膜密度增大過程.用正確的方法在淺水盤中撒下均勻且密度適當(dāng)?shù)酿蜃臃?，然后滴下油酸溶液，因水表面張力的作用，浮在水面的油酸溶液迅速向四周擴(kuò)展，壓迫粉膜使微粒之間的間隙迅速減小直至微粒幾乎緊密排列(在淺盤面積有限條件下)，此時(shí)粉膜密度最大，油酸溶液薄膜亦擴(kuò)展到最大面積.完成這一過程通常不到0.2s.

(2)面積恒定過程.油酸溶液薄膜擴(kuò)展到最大面積時(shí)，形成的是以酒精為主的多分子層薄膜；隨著油酸溶液薄膜中的酒精快速揮發(fā)，薄膜的分子層數(shù)迅速減少，因面積恒定不變，直至達(dá)到面積轉(zhuǎn)折點(diǎn)——以油酸為主含部分酒精的單分子層油酸溶液薄膜.完成這一過程通常在1～2s.

(3)油酸溶液薄膜面積收縮和粉膜擴(kuò)張過程.達(dá)到面積轉(zhuǎn)折點(diǎn)后，隨著酒精的揮發(fā)，單分子層油酸溶液薄膜的面積迅速減小，直至形成單分子油膜.同時(shí)隨著單分子層油酸溶液薄膜的面積迅速減小，仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，在水表面張力的作用下粉膜微粒之間的間隙隨之迅速增大，粉膜隨之迅速擴(kuò)張，使粉膜緊緊包圍著單分子油膜，從而單分子油膜的輪廓清晰可視.正常情況下，完成這一過程只需幾秒鐘.

2 “油膜法”實(shí)驗(yàn)用粉劑應(yīng)具有的特性

2.1 粉劑應(yīng)具有的特性

從上述第三個(gè)物理變化過程看出，當(dāng)油酸溶液薄膜的面積迅速減小時(shí)，痱子粉膜會(huì)跟隨著自行快速擴(kuò)張，這就是“油膜法”實(shí)驗(yàn)用粉劑應(yīng)具有的特性.粉劑具有這種特性是“油膜法”實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵之一.

這種粉膜的自行快速擴(kuò)張的特性用純酒精(看作是零濃度的油酸酒精溶液)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)會(huì)更清楚地看到，用新開啟包裝的痱子粉以適當(dāng)?shù)拿芏热鲈跍\水盤上，然后在粉膜中心滴純酒精，酒精就在水面上推開粉膜迅速擴(kuò)展成很大面積，隨著酒精快速揮發(fā)，粉膜會(huì)迅速向中心擴(kuò)張；在幾秒種內(nèi)完全向中心合攏(表示測(cè)到的油酸面積為零).

2.2 使用無快速擴(kuò)張?zhí)匦苑蹌┑娜毕?/h3>

一般常用的粉膜并不具有快速擴(kuò)張的特性.用上述方法可以證明：滑石粉、石膏粉、木炭粉或敞開擱置時(shí)間較長的痱子粉等，它們的粉膜的自行擴(kuò)張速度非常緩慢，盡管擴(kuò)展的酒精早已揮發(fā)掉，但粉膜以非常緩慢的速度向中心合攏，常需10min，甚至1～2h才能合攏穩(wěn)定.

如果使用上述粉劑做“油膜法”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)就很難做成功.例如，如果選用純滑石粉做“油膜法”實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榛鄯勰は蛑行暮蠑n的速度遠(yuǎn)小于油酸溶液薄膜面積減少的速度.在形成單分子油膜的時(shí)刻,滑石粉膜的內(nèi)輪廓還遠(yuǎn)離單分子油膜.所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)還必須考慮滑石粉膜向單分子油膜包圍的時(shí)間，并且因?yàn)榘鼑^程中粉膜的輪廓變化十分緩慢，必須要觀察到10min以上粉膜的輪廓不再變化，才能認(rèn)定粉膜輪廓完全包圍到單分子油膜；如果時(shí)間不夠長，則所測(cè)得的粉膜輪廓包圍的面積就會(huì)比單分子油膜的面積大.因而用滑石粉做“油膜法”實(shí)驗(yàn)有明顯的缺陷.

所以，以往學(xué)生用滑石粉、石膏粉、木炭粉或使用時(shí)間較長的痱子粉等粉劑做實(shí)驗(yàn)，會(huì)得出測(cè)量面積比真實(shí)大的錯(cuò)誤結(jié)果.因此，建議使用新痱子粉做實(shí)驗(yàn)，為了下一次仍能使用，使用后要密封.另一方面，因痱子粉具有自動(dòng)擴(kuò)散特性，所以可以用“中心撒粉法”來得到密度均勻的粉膜，這是使用痱子粉的另一優(yōu)點(diǎn).

3 衡量粉劑特性的指標(biāo)和檢測(cè)方法

如前所述，“油膜法”實(shí)驗(yàn)用粉劑的特性就是其粉膜能自行快速擴(kuò)張，而粉膜的自行擴(kuò)張速度可用粉膜向中心合攏的時(shí)間來衡量.檢測(cè)粉膜向中心合攏的時(shí)間，可采用向粉膜中心滴純酒精的方法.但實(shí)際應(yīng)用也可采用更簡便的向粉膜中心吹氣的方法，即用氣膜來代替酒精膜；在停止吹氣后根據(jù)粉膜向中心合攏時(shí)間的長短判斷粉劑能否用于“油膜法”實(shí)驗(yàn).粉膜向中心合攏的時(shí)間越短，這種粉劑就越好用，向中心合攏的時(shí)間最好在數(shù)秒之內(nèi)；如果粉膜向中心完全合攏的時(shí)間超過3min，則建議不用這種粉劑，如果粉膜不能完全向中心合攏則這種粉劑就不能用.