20-7 Monomolekulárne vrstvy

20-7 Monomolekulárne vrstvy

Pokiaľ by látka bola kontinuálna, mohli by sme ju, v princípe, rozvaľkať do tak tenkej vrstvy, do akej by sme len chceli. Hrúbka listu, či hrúbka nejakej vrstvy však má svoju najmenšiu možnú hodnotu, ktorú určuje tá okolnosť, že látka má molekulárnu štruktúru: najtenšia vrstva teda nemôže byť tenšia, než je priemer jednej molekuly. Takto tenkú vrstvu môžeme jednoduchým spôsobom vytvoriť napríklad tak, že na povrch vody kvapneme olej, alebo inú látku, ktorá sa vo vode nerozpúšťa. Zoberme nejakú podlhovastú nádobu a naplňme ju vodou až po okraj, krížom na nádobu položme rovný drôt, ako je to ukázané na obr. 20.11. Vzhľadom na rozmery nádoby by bolo dosť náročné vymerať tak malé množstvo oleja, aby nám pokryl len časť povrchu vody v nádobe, preto použijeme zriedený tuk. Zoberme 1 gram kyseliny stearovej (je zložkou vosku a mnohých tukov), a rozpustime ju v 1000 cm3 ľahko sa odparujúceho rozpúšťadla, napríklad v acetóne. Než by sme kvapli kvapku tohto roztoku na povrch vody, zmerajme objem jednej kvapky – jednoducho zmeriame objem napr. 100 kvapiek (môžeme použiť kvapkadlo k očným kvapkám). Predpokladajme, že 100 kvapiek má objem 2,3 cm3, jediná kvapka teda má objem 2,3 × 10−2 cm3. Koľko kyseliny stearovej máme v  tejto kvapke? V tabuľkách nájdeme, že hustota kyseliny stearovej je 0,94 g/cm3; Nami rozpustený 1 gram mal objem (1 g)∕(0,94 g/cm3) = 1,06 cm3. Keď ho rozpustíme v  1000 cm3 rozpúšťadla, potom na každým kubický centimeter roztoku pripadá 1,06 × 10−3 cm3 kyseliny stearovej. V jednej kvapke teda máme 1,06 × 10−3 × 2,3 × 10−5 = 2,4 × 10−5 cm3 kyseliny stearovej.

Kvapnime teraz jednu kvapku do nádoby plnej vody – nech šírka nádoby je 12 cm. V priebehu pár sekúnd sa acetón odparí a na povrchu vody zostane len 2,4 × 10−5 cm3 kyseliny stearovej v podobe tenkého filmu na povrchu vody. Pohybujme teraz s drôtom položeným krížom cez nádobu opatrne doprava, a roztiahnime ním film čo najviac. Zistíme, že film sa od jedného okraja nádoby nedá natiahnuť na viac, než 22 cm bez toho, aby sa film neroztrhol. To znamená, že vieme vytvoriť z filmu plochu veľkosti (12 cm) × (22 cm) = 264 cm2, a vtedy film predstavuje jedinú súvislú vrstvu molekúl, tzv. monomolekulárnu vrstvu, vytvorenú z 2,4 × 10−5 cm3 kyseliny stearovej. Hrúbku vrstvy dostaneme, ak objem predelíme plochou: (2,4 × 10−5 cm3)∕(264 cm2) = 9 × 10−8 cm. Aj z  tohto veľmi hrubého experimentu dostaneme, že priemer jednej molekuly kyseliny stearovej je približne 10−7 cm. To je vo veľmi dobrej zhode s našimi predchádzajúcimi výpočtami, podľa ktorej jedna molekula vzduchu má priemer približne 4 × 10−8 cm. To, že molekula kyseliny stearovej bude väčšia, než molekula vzduchu, sme mohli očakávať – náš výsledok, aj keď je len približný, je teda prijateľný.