Решить

Задача: объяснить факт и оценить размер молекулы стеариновой кислоты. Ключевые идеи - При попадании на поверхность воды молекулы стеариновой кислоты расползаются по поверхности и выстраиваются в монослой: гидрофильная головка COOH контактирует с водой, длинная аполифная цепочка тянется над поверхностью. - Толщина такого монослоя в основном равна длине самой молекулы в вытянутом состоянии (в all-trans конформации). То есть толщина не может быть существенно меньше длины молекулы. - Для стеариновой кислоты, имеющей цепь CH3-(CH2)16-COOH (18 углеродов в цепи), длина молекулы в вытянутом виде примерно равна сумме длин связей вдоль цепи. Пошаговое решение 1) Характеристика молекулы - Формула: CH3-(CH2)16-COOH. - В вытянутом состоянии длина цепи примерно равна числу связей в цепи умноженному на типичную длину одной связи C–C. - Число C–C связей вдоль цепи примерно 17. - Длина одной C–C связи ≈ 0,154 нм. - Длина цепи ≈ 17 × 0,154 нм ≈ 2,62 нм. - Добавим небольшое удлинение за счёт голοвки COOH — в сумме длина молекулы в ступенчатом виде около 2,5–3,0 нм. Это типичный порядок для длинноцепочечных жирных кислот. 2) Перевод в количество цилиндрического слоя - Толщина монослоя ориентированной молекулы ≈ длина молекулы = примерно 2,5–3 нм. - В миллиметрах это: 2,5–3 нм = 2,5×10^-6 мм … примерно 3×10^-6 мм. - Таким образом, ожидаемая толщина монослоя стеариновой кислоты примерно 0,0000025–0,0000030 мм. 3) Оценка данного числа в задаче - В тексте приведена толщина около 0,00002 мм (20 нм). Это примерно в 7–8 раз больше ожидаемой толщины монослоя молекулы. - Объяснение: если толщина действительно около 20 нм, то речь не о чистом монослое; возможно образование нескольких слоёв молекул (два и более слоёв) или ошибка измерения/погрешность метода. В идеале же для растворившейся на поверхности воды стеариновой кислоты минимальная возможная толщина — это толщина одного молекулы (~2,5–3 нм). Ответы на вопросы задачи - Как можно объяснить данный факт: реальная монослойная толщина равна длине молекулы (~2,5–3 нм). Значение ~20 нм говорит о том, что образуется не один молекулярный слой, а несколько слоёв, или что есть погрешность измерения/интерпретации толщины. В чистом виде на поверхности воды формируется монослой, толщина которого не может быть существенно меньше длины молекулы. - Каков размер молекулы стеариновой кислоты: длина молекулы в вытянутом состоянии примерно 2,5–3,0 нм (2,5×10^-9 м — примерно 2,5 × 10^-6 мм). Подходящая оценка: длина цепи ≈ 17 связей × 0,154 нм ≈ 2,6 нм; общая длина с функциональной головкой COOH — порядка 2,5–3 нм. Диаметр молекулы (поперечник цепи) примерно 0,4–0,5 нм. Кратко - Ожидаемая толщина монослоя стеариновой кислоты на воде ≈ 2,5–3 нм ≈ 0,0000025–0,000003 мм. - Если данная задача приводит толщину ≈ 0,00002 мм (20 нм), это указывает на возможное образование нескольких слоёв молекул или на неточность измерения. - Размер молекулы стеариновой кислоты: длина ≈ 2,5–3 нм.