“油膜法”实验用粉剂的特性及粉剂的选择

陈 雨 杨小平

(平南县中学 广西 贵港 537300)

学生做油膜法测分子大小实验，成功率很低，有人甚至把虚假的实验现象看作正确的结果.其原因之一是未能正确选择实验使用的粉剂.教材和不少文章说，滑石粉、木炭粉等粉剂都可以用于“油膜法”实验，事实并非如此.本文通过对实验中的物理变化过程进行观察和分析，提出了“油膜法”实验用的粉剂应具有自行快速扩散的特性和衡量粉剂特性的指标及检测方法，为正确选择粉剂提供依据.

1 粉膜和油酸溶液薄膜在实验中的物理变化过程

众所周知，把痱子粉撒到水面上时会形成一层粉膜.粉膜是由痱子粉微粒及微粒之间的间隙组成.如果撒粉量增大，粉微粒之间的间隙会随之减小，粉膜密度随之增大.在成功的“油膜法”实验中，粉膜和油酸溶液薄膜的三个物理变化如下.

(1)油酸溶液面积扩展和粉膜密度增大过程.用正确的方法在浅水盘中撒下均匀且密度适当的痱子粉，然后滴下油酸溶液，因水表面张力的作用，浮在水面的油酸溶液迅速向四周扩展，压迫粉膜使微粒之间的间隙迅速减小直至微粒几乎紧密排列(在浅盘面积有限条件下)，此时粉膜密度最大，油酸溶液薄膜亦扩展到最大面积.完成这一过程通常不到0.2s.

(2)面积恒定过程.油酸溶液薄膜扩展到最大面积时，形成的是以酒精为主的多分子层薄膜；随着油酸溶液薄膜中的酒精快速挥发，薄膜的分子层数迅速减少，因面积恒定不变，直至达到面积转折点——以油酸为主含部分酒精的单分子层油酸溶液薄膜.完成这一过程通常在1～2s.

(3)油酸溶液薄膜面积收缩和粉膜扩张过程.达到面积转折点后，随着酒精的挥发，单分子层油酸溶液薄膜的面积迅速减小，直至形成单分子油膜.同时随着单分子层油酸溶液薄膜的面积迅速减小，仔细观察会发现，在水表面张力的作用下粉膜微粒之间的间隙随之迅速增大，粉膜随之迅速扩张，使粉膜紧紧包围着单分子油膜，从而单分子油膜的轮廓清晰可视.正常情况下，完成这一过程只需几秒钟.

2 “油膜法”实验用粉剂应具有的特性

2.1 粉剂应具有的特性

从上述第三个物理变化过程看出，当油酸溶液薄膜的面积迅速减小时，痱子粉膜会跟随着自行快速扩张，这就是“油膜法”实验用粉剂应具有的特性.粉剂具有这种特性是“油膜法”实验成功的关键之一.

这种粉膜的自行快速扩张的特性用纯酒精(看作是零浓度的油酸酒精溶液)进行实验会更清楚地看到，用新开启包装的痱子粉以适当的密度撒在浅水盘上，然后在粉膜中心滴纯酒精，酒精就在水面上推开粉膜迅速扩展成很大面积，随着酒精快速挥发，粉膜会迅速向中心扩张；在几秒种内完全向中心合拢(表示测到的油酸面积为零).

2.2 使用无快速扩张特性粉剂的缺陷

一般常用的粉膜并不具有快速扩张的特性.用上述方法可以证明：滑石粉、石膏粉、木炭粉或敞开搁置时间较长的痱子粉等，它们的粉膜的自行扩张速度非常缓慢，尽管扩展的酒精早已挥发掉，但粉膜以非常缓慢的速度向中心合拢，常需10min，甚至1～2h才能合拢稳定.

如果使用上述粉剂做“油膜法”实验，实验就很难做成功.例如，如果选用纯滑石粉做“油膜法”实验，因为滑石粉粉膜向中心合拢的速度远小于油酸溶液薄膜面积减少的速度.在形成单分子油膜的时刻,滑石粉膜的内轮廓还远离单分子油膜.所以在实验时还必须考虑滑石粉膜向单分子油膜包围的时间，并且因为包围过程中粉膜的轮廓变化十分缓慢，必须要观察到10min以上粉膜的轮廓不再变化，才能认定粉膜轮廓完全包围到单分子油膜；如果时间不够长，则所测得的粉膜轮廓包围的面积就会比单分子油膜的面积大.因而用滑石粉做“油膜法”实验有明显的缺陷.

所以，以往学生用滑石粉、石膏粉、木炭粉或使用时间较长的痱子粉等粉剂做实验，会得出测量面积比真实大的错误结果.因此，建议使用新痱子粉做实验，为了下一次仍能使用，使用后要密封.另一方面，因痱子粉具有自动扩散特性，所以可以用“中心撒粉法”来得到密度均匀的粉膜，这是使用痱子粉的另一优点.

3 衡量粉剂特性的指标和检测方法

如前所述，“油膜法”实验用粉剂的特性就是其粉膜能自行快速扩张，而粉膜的自行扩张速度可用粉膜向中心合拢的时间来衡量.检测粉膜向中心合拢的时间，可采用向粉膜中心滴纯酒精的方法.但实际应用也可采用更简便的向粉膜中心吹气的方法，即用气膜来代替酒精膜；在停止吹气后根据粉膜向中心合拢时间的长短判断粉剂能否用于“油膜法”实验.粉膜向中心合拢的时间越短，这种粉剂就越好用，向中心合拢的时间最好在数秒之内；如果粉膜向中心完全合拢的时间超过3min，则建议不用这种粉剂，如果粉膜不能完全向中心合拢则这种粉剂就不能用.