Радиус молекулы воды: Способы определения размеров молекул | Обучонок

Способы определения размеров молекул | Обучонок

Определение размеров молекул

1 способ. Основан на том, что молекулы вещества, когда оно находится в твердом или жидком состоянии, можно считать плотно прилегающими друг к другу. В таком случае для грубой оценки можно считать, что объем V некоторой массы m вещества просто равен сумме объемов содержащихся в нем молекул. Тогда объем одной молекулы мы получим, разделив объем V на число молекул N.

Число молекул в теле массой m равно, как известно,
,
где М — молярная масса вещества NA — число Авогадро.

Отсюда объем V0 одной молекулы определяется из равенства


В это выражение входит отношение объема вещества к его массе.

Обратное же отношение

есть плотность вещества,

так что


Плотность практически любого вещества можно найти в доступных всем таблицах. Молярную массу легко определить, если известна химическая формула вещества.

Объем одной молекулы, если считать ее шариком, равен
,
где r — радиус шарика.

Поэтому
,
откуда мы и получаем выражение для радиуса молекулы:

Первый из этих двух корней — постоянная величина, равная ≈ 7,4 · 10-9 моль 1/3, поэтому формула для r принимает вид .


Например, радиус молекулы воды, вычисленный по этой формуле, равен rВ ≈ 1,9 · 10-10 м.

Описанный способ определения радиусов молекул не может быть точным уже потому, что шарики нельзя уложить так, чтобы между ними не было промежутков, даже если они соприкасаются друг с другом. Кроме того, при такой «упаковке» молекул – шариков были бы невозможны молекулярные движения. Тем не менее, вычисления размеров молекул по формуле, приведенной выше, дают результаты, почти совпадающие с результатами других методов, несравненно более точных.

2 способ. Метод Ленгмюра и Дево. В данном методе исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. При попадании капли раствора на поверхность воды спирт растворяется в воде, а исследуемая жидкость образует пятно площадью S и толщиной d (порядка диаметра молекул).

Если допустить, что молекула имеет форму шара, то объем одной молекулы равен:

где d – молекулы.


Необходимо определить диаметр молекулы d. В микропипетку набрать 0,5 мл раствора и, расположив ее над сосудом, отсчитать число капель n, содержащихся в этом объеме. Проделав опыт несколько раз, найти среднее значение числа капель в объеме 0,5 мл, а затем подсчитать объём исследуемой жидкости в капле: , где n – число капель в объеме 0,5 мл, 1:400 – концентрация раствора.


В ванну налить воду толщиной 1 – 2 см. Насыпать тальк тонким слоем на лист бумаги, ударяя слегка пальцем по коробочке. Расположив лист бумаги выше и сбоку от ванны на расстоянии 10 – 20 см, тальк сдуть с бумаги. На поверхность воды в ванне из пипетки капнуть одну каплю раствора. Линейкой измерить, средний диаметр образовавшегося пятна D и подсчитываю его площадь. Опыт повторить 2- 3 раза, а затем подсчитать диаметр молекул d.

3 способ. Определение диаметра молекулы. Будем считать, что капля масла растекается по воде до тех пор, пока толщина масляной плёнки не станет равной одной молекуле, тогда диаметр одной молекулы можно определить по формуле: d=V/S, где V – объём капли масла, S — площадь масленого пятна.

Объём капли масла можно определить следующим образом: накапать 100 капель из капилляра в сосуд и измерить массу масла в нём. После этого массу, выраженную в килограммах, поделить на плотность масла, которую можно взять из таблицы плотности некоторых веществ (плотность масла растительного 800 кг/м3).

Затем полученный результат поделить на количество капель. Объём капли можно определить также с помощью мерного цилиндра: накапать масло в цилиндр, измерить его объём в см3 и перевести в м3, для чего поделить на 1000000, затем на количество капель масла. После того, как объём капли стал известен нужно капнуть одну каплю масла на поверхность воды, которая налита в широкий сосуд.

Для ускорения реакции предварительно немного нужно нагреть воду – приблизительно до 400С. Масло начнёт растекаться, и в результате получится круглое пятно. После того, как пятно перестанет расширяться, с помощью линейки измерить его диаметр и рассчитать площадь пятна по формуле:

Практическое получение наночастиц

В современном мире в связи с общей тенденцией к миниатюризации большими темпами стала развиваться такая наука, как нанотехнология. Методы нанотехнологии позволяют получить принципиально новые устройства и материалы с характеристиками, значительно превосходящими их современный уровень, что весьма важно для интенсивного развития многих областей техники, биотехнологии, медицины, охраны окружающей среды и др.

Ход работы:

1) Определение объёма капли

=14,13 мм3;


2) Определение объёма капли путём взвешивания.

1. На весы накапали 10 капель растительного масла, измерили массу

mk=0,2 г

  • Масса 1 капли m1=0,2 г/10=0,02 г
  • Определение объёма капли V=m1/q=0,01г/0,8 г/см3=13 мм3

3) Определяем площадь пятна Sмасла=ПR2=11304 мм2

(Приложение 1,2,3,4,5)

4) Площадь пятна нефти Sнефти=20*16=32000 мм2

(Приложение 6,7,8,9)

5) Определяем толщину плёнки h=V/S

Для масла h=13/11304=1,2*10-7=120 нм

Для нефтиh=13/32000=4*10-8 м=40 нм

Вывод: В лабораторных условиях можно получать нанопленки

Заключение

Мы измерили толщину наноплёнок масла и нефти, изучили физические свойства плёнок и методы их получения, также ознакомились с физическими методами исследования микро- и наномасшатабных объектов.

К сожалению, из таких жидкостей как кислоты(уксусная, ортофосфорная, борная), моющие средства и мыло у нас не получилось сделать наноплёнки, потому что все эти жидкости гидрофобные(боятся воды). Мы пытались получить пленки с помощью скотча, но электронные весы позволяют измерять массу с точностью до десятых долей грамма

Список использованной литературы

  1. Анциферов Л.И. Самодельные приборы для физического практикума в средней школе. М.: Просвещение, 1985.
  2. Блудов М.И. Беседы по физике. М.: Просвещение, 1984.
  3. Буров В.А. Практикум по физике в средней школе. М.: Просвещение, 1973.

Приложения

Перейти к содержанию
Исследовательской работы «Наночастицы и наноплёнки»

Эффективный радиус — молекула — вода

Cтраница 1

Эффективный радиус молекул воды равен 0 138 нм. Молекула имеет дипольный характер-отрицательный заряд расположен ближе к кислороду, а положительный-ближе к водороду.
 [1]

В качестве эффективного радиуса молекулы воды принимается радиус шара, объем которого равен абсолютному мольному объему воды при 25 С, приходящемуся на одну молекулу; он оказывается равным 0 193 нм.
 [2]

Следует подчеркнуть, что наиболее близкое совпадение с термохимическими данными получено нами только при использовании в расчетах эффективного радиуса молекулы воды, равного 0 193 нм.
 [3]

Следует подчеркнуть, что наиболее близкое совпадение с термохимическими данными получено нами только при использовании в расчетах эффективного радиуса молекулы воды, равного 1 93 А.
 [4]

Для определения наиболее вероятных координационных чисел гидратации ионов щелочно-галоидных солей К. П. Мищенко использовал пространственные соображения, а именно пределы устойчивости различных координационных чисел в кристаллических решетках по Магнусу. С этой целью были взяты отношения кристаллографических радиусов ионов к эффективному радиусу молекулы воды.
 [5]

Для определения наиболее вероятных координационных чисел гидратации ионов щелочно-галогенидных солей К. П. Мищенко использовал пространственные соображения, а именно: пределы устойчивости различных координационных чисел в кристаллических решетках по Магнусу. С этой целью были взяты отношения кристаллографических радиусов ионов к эффективному радиусу молекулы воды.
 [6]

Радиус молекулы воды принят равным 1 93 А. По мнению авторов, результаты расчета указывают на то, что либо эффективный радиус молекулы воды rw 1 93 А должен быть обоснован теоретически, либо должны быть изменены существующие модельные представления о сольватации ионов.
 [7]

Основное допущение, на котором базируется расчет, состоит в том, что в водных растворах простейших ионов доминирующая роль в изменении энтальпии при сольватации признается за ион-диполь-ньтм взаимодействием. При этом принимается, что ион представляет собой заряженный жесткий шарик, радиус которого равен его кристаллографическому радиусу. Ион в растворе окружен молекулами воды, обладающими жесткими диполями. В качестве эффективного радиуса молекулы воды принимается радиус шара, объем которого равен абсолютному мольному объему воды при 25 С, приходящемуся на одну молекулу. Этот радиус получается равным 1 93 А при 2Ъ С.
 [8]

Основное допущение, на котором базируется расчет, состоит в том, что в водных растворах простейших ионов доминирующая роль в изменении энтальпии при сольватации признается за ион-диполь-ньтм взаимодействием. При этом принимается, что ион представляет собой заряженный жесткий шарик, радиус которого равен его кристаллографическому радиусу. Ион в растворе окружен молекулами воды, обладающими жесткими диполями. В качестве эффективного радиуса молекулы воды принимается радиус шара, объем которого равен абсолютному мольному объему воды при 25 С, приходящемуся на одну молекулу. Этот радиус получается равным 1 93 А при 25 С.
 [9]

Страницы:  

   1

Набор ван-дер-ваальсовых и кулоновских радиусов белковых атомов для расчета молекулярных и доступных растворителям поверхностей, оценки упаковки и докинга

. 1998 г., 1 июля; 32 (1): 111–27.

А Дж Ли
1
 , Р. Нусинов

принадлежность

  • 1 Лаборатория экспериментальной и вычислительной биологии, NCI-FCRDC, Фредерик, Мэриленд 21701, США.

  • PMID:

    9672047

А. Дж. Ли и соавт.

Белки.

.

. 1998 г., 1 июля; 32 (1): 111–27.

Авторы

А Дж Ли
1
, Р Нусинов

принадлежность

  • 1 Лаборатория экспериментальной и вычислительной биологии, NCI-FCRDC, Фредерик, Мэриленд 21701, США.

  • PMID:

    9672047

Абстрактный

Мы анализируем распределения контактных расстояний между несвязанными атомами в известных белковых структурах. Полный набор ван-дер-ваальсовых радиусов (VDW) для 24 типов белковых атомов и для воды, связанной с кристаллами, получен из распределений контактных расстояний этих атомов с выбранной группой неполярных атомов. Кроме того, набор кулоновских радиусов для полярных атомов получен из их контактов с водой. Распределения контактного расстояния и два набора радиусов выводятся систематическим и самосогласованным образом с использованием итерационной процедуры. Кулоновские радиусы полярных атомов в среднем на 0,18 А меньше, чем их радиусы ВДВ. Радиус ВДВ воды составляет 1,7 А, что на 0,3 А больше ее кулоновского радиуса. Мы показываем, что как VDW, так и кулоновские радиусы полярных атомов необходимы для расчета молекулярных и доступных для растворителя поверхностей белков. Радиусы VDW необходимы для создания неполярных участков поверхности и кулоновских радиусов для полярных участков. Тот факт, что полярные атомы имеют два кажущихся размера, означает, что гидрофобная полость должна быть больше, чем полярная полость, чтобы вместить такое же количество молекул воды. В большинстве расчетов площади поверхности используется только один радиус для каждого полярного атома. В результате при использовании кулоновских радиусов полярных атомов могут образовываться нереальные полости, канавки или карманы. С другой стороны, если используются радиусы ВДВ полярных атомов, детали полярных областей поверхности могут быть потеряны. Точность молекулярных и доступных для растворителя поверхностей белков можно повысить, если позволить радиусам полярных атомов изменяться в зависимости от природы их контактирующих соседей. Поверхность белка на границе белок-белок отличается от поверхности в растворе тем, что она должна быть создана с использованием по крайней мере двух типов зондов, один из которых представляет собой типичный неполярный атом, а другой — типичный полярный атом. Это наблюдение имеет важные последствия для стыковки, которая зависит от комплементарности поверхностей на границе раздела.

Похожие статьи

  • Генерация молекулярной поверхности с использованием зонда для растворителя с переменным радиусом.

    Бхат С., Пурисима Э.О.
    Бхат С. и др.
    Белки. 2006 1 января; 62 (1): 244-61. doi: 10.1002/прот.20682.
    Белки. 2006.

    PMID: 16287115

  • Объем атомов на поверхности белка: рассчитан на основе моделирования с использованием многогранников Вороного.

    Герштейн М., Цай Дж., Левитт М.
    Герштейн М. и соавт.
    Дж Мол Биол. 1995 23 июня; 249 (5): 955-66. doi: 10.1006/jmbi.1995.0351.
    Дж Мол Биол. 1995.

    PMID: 7540695

  • Анализ лиганд-связанных молекул воды в кристаллических структурах высокого разрешения белково-лигандных комплексов.

    Лу Ю, Ван Р, Ян С.И., Ван С.
    Лу Ю и др.
    Модель J Chem Inf. 2007 март-апрель;47(2):668-75. doi: 10.1021/ci6003527. Epub 2007 1 февраля.
    Модель J Chem Inf. 2007.

    PMID: 17266298

  • Энергии атомного окружения в белках определяются по статистике доступных и контактных площадей поверхности.

    Деларю М., Кёль П.
    Деларю М. и др.
    Дж Мол Биол. 1995 9 июня; 249 (3): 675-90. doi: 10.1006/jmbi.1995.0328.
    Дж Мол Биол. 1995.

    PMID: 7783220

    Рассмотрение.

  • Разгадка энтропийных тайн воды: единый взгляд на неполярную, полярную и ионную гидратацию.

    Бен-Амоц Д., Андервуд Р.
    Бен-Амоц Д. и соавт.
    Acc Chem Res. 2008 г., август; 41 (8): 957–67. дои: 10.1021/ar7001478.
    Acc Chem Res. 2008.

    PMID: 18710198

    Рассмотрение.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

  • Разработка и характеристика функциональных антител, нацеленных на рецепторы NMDA.

    Тадзима Н., Симоровски Н., Йованно Р.А., Риган М.С., Михальский К., Гомес Р., Лау А.И., Фурукава Х.
    Тадзима Н. и др.
    Нац коммун. 2022 17 фев; 13(1):923. doi: 10.1038/s41467-022-28559-3.
    Нац коммун. 2022.

    PMID: 35177668
    Бесплатная статья ЧВК.

  • О связи между механическими свойствами и электростатикой в ​​биологических мембранах.

    Галасси В.В., Вилке Н.
    Галасси В.В. и др.
    Мембраны (Базель). 2021 28 июня; 11 (7): 478. doi: 10.3390/membranes11070478.
    Мембраны (Базель). 2021.

    PMID: 34203412
    Бесплатная статья ЧВК.

    Рассмотрение.

  • Геометрическое определение опосредованных водородом взаимодействий ближнего и среднего действия в белках.

    Merski M, Skrzeczkowski J, Roth JK, Górna MW.
    Мерски М. и соавт.
    Молекулы. 2020 15 ноября; 25 (22): 5326. doi: 10,3390/молекулы25225326.
    Молекулы. 2020.

    PMID: 33203097
    Бесплатная статья ЧВК.

  • IMPContact: метод прогнозирования контакта межспиральных остатков.

    Фанг С., Цзя И., Ху Л., Лу И., Ван Х.
    Фанг С и др.
    Биомед Рез Инт. 2020 25 марта; 2020:4569037. дои: 10.1155/2020/4569037. Электронная коллекция 2020.
    Биомед Рез Инт. 2020.

    PMID: 32309431
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Расширение предела точности комплементарности формы для стыковки белок-белок.

    Ян И, Хуан Сы.
    Ян Ю и др.
    Биоинформатика BMC. 2019 24 декабря; 20 (Приложение 25): 696. doi: 10.1186/s12859-019-3270-y.
    Биоинформатика BMC. 2019.

    PMID: 31874620
    Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Типы публикаций

термины MeSH

вещества

Грантовая поддержка

    9\circ $
    Итак, правильный ответ — вариант (А).

    Дополнительная информация:
    Зная формулу плотности и количества молекул, можно рассчитать объем. Из заданной плотности можно найти отношение между массой и объемом. 1 моль вещества – это молекулярная масса в граммах, равная числу Авогадро. Уравнение плотности имеет вид $ d=\dfrac{m}{v}, $ где d — плотность, m — масса, а v — объем.