Este clar că nu putem măsura direct o mică particulă de materie. Vom efectua un experiment, din care prin calcule simple este posibil să se determine dimensiunea moleculelor. Desigur, ați văzut pe suprafața apei filme de culoare subțire formate din produse petroliere (uleiuri lubrifiante, motorină, etc.). Culoarea filmelor subțiri rezultă din suprapunerea razei de lumină reflectată de suprafețele superioare și inferioare ale filmului - acest fenomen se numește interferență a luminii. Din același motiv, bulele de săpun strălucesc cu toate culorile curcubeului.
Veți studia fenomenul de interferență în lecțiile de fizică. Și acum suntem interesați în grosime de film - Amenințare întreb vreodată cum ea yyїkііya? Se determină grosimea filmului este foarte simplu: aceasta trebuie să fie împărțită în cantitatea de suprafață. Vechii marinari observat că în cazul în care suprafața apei pentru a se toarnă ulei vegetal, atunci se va răspândi foarte mare la fața locului (în același timp, a existat o credință destul de ciudat că, în acest fel puteți „pacificarea“ mare în timpul unei furtuni). Probabil pentru prima dată măsurat aria de pete de ulei pe apă eminent savant american și diplomat Benjamin Franklin (1706- 1790), a cărui imagine este emblazoned pe bancnotă de o sută de dolari. Cea mai renumită invenție a sa este un fulger (sau, mai degrabă, un fulger). În 1774, Franklin a plecat în Europa pentru a soluționa un alt conflict între Anglia și Statele Unite. În timpul liber, a experimentat filme de ulei pe suprafața apei. Spre surprinderea lui, o lingură de ulei vegetal se întindea pe întreaga suprafață a unui iaz mic. În cazul în care apa nu este pas se toarnă legume și nevascos alunecos ulei de motor de la acesta nu va fi atât de mare: o picătură dă cerc cu diametrul de aproximativ 20 cm de suprafață astfel de film este de circa 300 cm3, volumul unui picaturii - circa 0,03 cm3 .. Prin urmare, grosimea filmului este de 0,03 cm / 300 cm3 = 0,0001 cm = 0,001 mm-1 pm. Cea de-a treia milimetru este o valoare foarte mică, nu fiecare microscop vă va vedea o oră de această dimensiune.
Dar avem o garanție că moleculele de motorină sunt răspândite peste apă într-un singur strat? De fapt, numai în acest caz, grosimea unui film va corespunde dimensiunii moleculelor. Nu avem o astfel de garanție și de aceea. Molecule care fac parte din uleiul de motor, numite hidrofobe (în traducere din greacă, "hidrofob" - "frică de apă"). Ei sunt destul de bine "legați" între ei, foarte reticenți - cu molecule de apă. Dacă o substanță similară cu uleiul de motor se toarnă pe suprafața apei, ea formează pe ea un film destul de gros (conform standardelor moleculare) care constă în sute și chiar mii de straturi moleculare. Pe lângă faptul că astfel de calcule sunt curioase în sine, ele au o importanță practică deosebită. De exemplu, astăzi nu se poate evita accidentele tancuri uriașe care transportă petrol pentru mii de kilometri distanță de locul său de producție. Ca urmare a unui astfel de accident, o mare cantitate de petrol se poate vărsa în mare, ceea ce va avea un efect dăunător asupra organismelor vii. Uleiul este mai vâscos decât uleiul de mașină, deci filmul său pe suprafața apei poate fi ceva mai gros. Astfel, într-unul din aceste accidente s-au vărsat 120 000 de tone de petrol, care au acoperit o suprafață de 500 km3. După cum se arată printr-un simplu calcul, grosimea medie a unui astfel de film este de 200 μm. Grosimea peliculei depinde atât de tipul de ulei, cât și de temperatura apei: în zonele cu temperaturi scăzute, în cazul în care uleiul este mai gros, filmul este mai gros, în zonele cu căldură unde petrolul devine mai puțin vâscos, este mai subțire. Dar, în orice caz, un mare accident de tanc, atunci când în marea obține zeci de mii de tone de petrol - este un dezastru. La urma urmei, dacă tot uleiul vărsat se va răspândi un strat subțire, apoi un loc de o zonă uriașă, și pentru a elimina un astfel de film este extrem de dificil.
Și este posibil de a forța materialul să curgă prin apă, astfel încât să formeze un singur strat de molecule (așa numitele pelicule monomoleculare)? Se pare că acest lucru este posibil, dar în loc de motor sau ulei de motor, trebuie să luăm altă substanță. Moleculele unei astfel de substanțe trebuie să aibă la un capăt un grup de atomi așa-numit hidrofil (adică "iubitor de apă") și la celălalt capăt un grup hidrofob. Ce se va întâmpla dacă o substanță constând din astfel de molecule este plasată pe suprafața apei? Partea hidrofilă a moleculelor, încercând să se dizolve în apă, va trage molecula în apă, în timp ce partea hidrofobă, care este "frică" de apă, va persista în evitarea contactului cu apa.
Ca urmare a acestei "neînțelegeri" reciproce a moleculei (dacă este ușor "stoarsă" din lateral cu ajutorul unei plăci), ele se vor alinia pe suprafața apei așa cum se arată în Fig. 3.1: capetele lor hidrofile sunt înecate în apă, iar capetele hidrofobe ies în afară.
\ 6666666666U /
Fig. 3.1. Astfel ghidat de moleculele de surfactant aer-apa, formând un „palisadă Langmuir“ - după chimist american și fizician Irving Langmuir (1881-1957), care în 1916 a creat teoria structurii acestor straturi pe suprafața lichidelor
Substanțele care se comportă în acest fel se numesc active de suprafață. Acestea includ, de exemplu, săpun și alte detergenți; acid oleic, care face parte din uleiul de floarea-soarelui; alcoolul palmitin, care face parte din uleiul de palmier și uleiul de balenă. Răspândirea acestor substanțe pe suprafața apei dă filme mult mai subțiri decât uleiul de motor. Acest fenomen a fost cunoscut de mult timp, experimente similare s-au desfășurat în secolul al XVIII-lea. Notolko sfârșitul XIX - începutul secolului XX, ca rezultat al experimentelor efectuate de fizicianul englez John William Rayleigh (1842-1919), fizician german William Conrad X-genomului (1845-1923) și alți câțiva oameni de știință, sa demonstrat că grosimea filmului se poate realiza o astfel de Dimensiuni mici, care sunt comparabile cu dimensiunile moleculelor individuale.
Într-un astfel de experiment, chimistul englez Neil Kensington Adam