“油膜法”實驗用粉劑的特性及粉劑的選擇

陳 雨 楊小平

(平南縣中學 廣西 貴港 537300)

學生做油膜法測分子大小實驗，成功率很低，有人甚至把虛假的實驗現象看作正確的結果.其原因之一是未能正確選擇實驗使用的粉劑.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”實驗，事實并非如此.本文通過對實驗中的物理變化過程進行觀察和分析，提出了“油膜法”實驗用的粉劑應具有自行快速擴散的特性和衡量粉劑特性的指標及檢測方法，為正確選擇粉劑提供依據.

1 粉膜和油酸溶液薄膜在實驗中的物理變化過程

眾所周知，把痱子粉撒到水面上時會形成一層粉膜.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隨之減小，粉膜密度隨之增大.在成功的“油膜法”實驗中，粉膜和油酸溶液薄膜的三個物理變化如下.

(1)油酸溶液面積擴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的痱子粉，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)，此時粉膜密度最大，油酸溶液薄膜亦擴展到最大面積.完成這一過程通常不到0.2s.

(2)面積恒定過程.油酸溶液薄膜擴展到最大面積時，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，薄膜的分子層數迅速減少，因面積恒定不變，直至達到面積轉折點——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張過程.達到面積轉折點后，隨著酒精的揮發，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.同時隨著單分子層油酸溶液薄膜的面積迅速減小，仔細觀察會發現，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”實驗用粉劑應具有的特性

2.1 粉劑應具有的特性

從上述第三個物理變化過程看出，當油酸溶液薄膜的面積迅速減小時，痱子粉膜會跟隨著自行快速擴張，這就是“油膜法”實驗用粉劑應具有的特性.粉劑具有這種特性是“油膜法”實驗成功的關鍵之一.

這種粉膜的自行快速擴張的特性用純酒精(看作是零濃度的油酸酒精溶液)進行實驗會更清楚地看到，用新開啟包裝的痱子粉以適當的密度撒在淺水盤上，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展成很大面積，隨著酒精快速揮發，粉膜會迅速向中心擴張；在幾秒種內完全向中心合攏(表示測到的油酸面積為零).

2.2 使用無快速擴張特性粉劑的缺陷

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

如果使用上述粉劑做“油膜法”實驗，實驗就很難做成功.例如，如果選用純滑石粉做“油膜法”實驗，因為滑石粉粉膜向中心合攏的速度遠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刻,滑石粉膜的內輪廓還遠離單分子油膜.所以在實驗時還必須考慮滑石粉膜向單分子油膜包圍的時間，并且因為包圍過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，才能認定粉膜輪廓完全包圍到單分子油膜；如果時間不夠長，則所測得的粉膜輪廓包圍的面積就會比單分子油膜的面積大.因而用滑石粉做“油膜法”實驗有明顯的缺陷.

所以，以往學生用滑石粉、石膏粉、木炭粉或使用時間較長的痱子粉等粉劑做實驗，會得出測量面積比真實大的錯誤結果.因此，建議使用新痱子粉做實驗，為了下一次仍能使用，使用后要密封.另一方面，因痱子粉具有自動擴散特性，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點.

3 衡量粉劑特性的指標和檢測方法

如前所述，“油膜法”實驗用粉劑的特性就是其粉膜能自行快速擴張，而粉膜的自行擴張速度可用粉膜向中心合攏的時間來衡量.檢測粉膜向中心合攏的時間，可采用向粉膜中心滴純酒精的方法.但實際應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；在停止吹氣后根據粉膜向中心合攏時間的長短判斷粉劑能否用于“油膜法”實驗.粉膜向中心合攏的時間越短，這種粉劑就越好用，向中心合攏的時間最好在數秒之內；如果粉膜向中心完全合攏的時間超過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.