|
A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. Miután a legutolsó közleményben ismertettem a Perrin-féle módszer gondolatmenetét és elméleti megalapozását, most be fogom mutatni miként hajtotta végre a tényleges méréseket. Tulajdonképpen 2 kérdésre kellett felelnie:
1. milyen magasságban csökken felére a szuszpenzióban lebegő részecskék száma?
2. milyen nagyok a szuszpendált szemcsék.
Mindenekelőtt azonban egy harmadik, nem kevésbé érdekes kérdés merül fel, az, hogy miképpen állította elő a szükséges kolloid oldatokat. A közönséges oldatokkal (vasoxid s, i. t.) való kísérletek nem vezettek eredményre. Végre hosszabb próbálgatás után gyantákkal kezdett kísérletezni, amelyek közül kettő vált be. Egyik a közönségesen ismert gummigutta, sárgászöld festék, amelyet a diákok térképek festésére szoktak használni, a másik pedig a kevésbé ismert mastix. Különösen egyszerű a gummigutta emulzió elkészítése. Vízbe tesszük és ujjaink között dörzsöljük. A nyert sárgászöld folyadék már kész emulzió, és ha mikroszkópon át nézzük, csak úgy hemzseg az apró üvegszerű gömböcskéktől. A mastix emulziót pedig úgy állítjuk elő (különben a gummiguttát is lehet így előállítani), hogy egy darabot feloldunk alkoholban és azután az oldatot vízzel erősen felhígítjuk. A híg oldatból a mastix rendkívül apró átlátszó üvegszerű gömböcskék alakjában kicsapódik és tejszerű emulziót ad.
A szemcsék azonban igen különböző nagyságúak, holott nekünk olyan oldatra van szükségünk, amelyben a részecskék egyenlők. A módszer, amellyel ezt elérhetjük, a frakcionált centrifugálás. Az oldatot betesszük a centrifugális gépbe: a szemcsék lecentrifugálódnak és az edény fenekén iszapot adnak. Az iszap fölötti piszkos sárgás folyadékot leöntjük és az iszapot desztillált vízben felhígítjuk, mindaddig, míg a szemcseközi folyadék tiszta víz nem lesz. Ha az oldat már elég tiszta, megkezdjük a frakcionálást. Legelőször a legnagyobb szemcsék csapódnak le, úgy hogy gyakran megismételt centrifugálás által végre megkapjuk a kívánt egyenlő szemcséjű oldatot. Természetesen az eljárás nagyon hosszadalmas. Perrin percenként 2500 fordulatszámú centrifugálissal dolgozott és csak hónapokig tartó munka után tudott megfelelő oldatot előállítani, amikor is az 1 kg. feldolgozott gummiguttából mindössze csak 1 ‐ 2 decigramm maradt.
Most következik a szemcsék megszámlálása a különböző magasságú rétegekben. Veszünk egy mm. mélységű Zeiss-féle küvettát és beleteszünk egy cseppet az oldatból, ráhelyezzük a fedőlemezt és fölibe állítjuk a mikroszkópot. A mikroszkóp beállítása nagyon éles, úgy hogy mindenik helyzetben kb. vastagságú réteg szemcséit mutatja, és így könnyen beállítható a különböző magasságokba. Az észlelést azonban nagyon megnehezíti az a körülmény, hogy az észlelt szemcsék állandó mozgásban vannak. Ez a mozgás oly elképzelhetetlenül élénk és oly sok szemcse van egyszerre a látómezőben, hogy az észlelés teljesen lehetetlen. Legegyszerűbb volna pillanatfelvételeket készíteni, azonban a részek oly kicsinyek, hogy a felvételek általában véve ritkán sikerülnek. Ezért Perrin egy új, igen szellemes számlálási módot gondolt ki. A mikroszkóp szemlencséje elé beállított egy darabka aranypapírost és abba finom tűvel igen kis lyukat fúrt. Ily módon a látómezőt annyira megszűkítette, hogy egyszerre soha sem jelentkezett 6-nál több szemcse, és így a szem egy pillanat alatt fel tudta fogni az egész jelenséget. Most még alkalmazott egy szabályozható elsötétítő készüléket és így egyenlő időközökben meg tudta számlálni a lyukon át feltűnő szemcséket. Nyilvánvaló, hogy pl. 500 ily észlelet megfelel oly pillanatfölvételnek, amelynek látómezeje -szor nagyobb.
Ha már most megfigyeljük az emulziót, azt találjuk, hogy rögtön a készítés után a szemcsék száma minden magasságban egyenlő. Ha azonban az oldatot állni hagyjuk, rövid idő múlva a felsőbb rétegekben ritkulás mutatkozik és mintegy óra múlva végleges egyensúlyú helyzet áll elő. A mélységű küvellában Perrin a következő mélységekre állította be mikroszkópját:
Megszámlált szemcsét és azt találta, hogy a koncentrációk aránya:
ami nagyon közel áll a következő geometriai sorhoz:
Egy másik kísérletsorozatnál sugarú mastixszemcsékkel dolgozott. fényképfelvételt készített egymástól távolságban fekvő rétegekről. A szemcsék megszámlálása a következő adatokhoz vezetett: amely számok közel állanak a következő geometriai sorhoz:
Vagyis a kísérletek valóban igazolják a feltevéseket, a kolloid oldat oly atmoszférának tekinthető, amelynek óriási molekulái a mikroszkópban láthatók és megmérhetők. És ez utolsó számsor adataiból kiviláglik, hogy annak a magasságnak, amelyben a szemcsék száma a felére csökken, a nagyságrendje .
Ha tehát módot találunk a szemcsék nagyságának direkt meghatározására, minden szükséges adatnak birtokába jutunk. Itt természetesen két föladattal állunk szemben: meg kell határoznunk 1. a szemcsék sugarát, 2. a szemcséket alkotó anyag sűrűségét.
Első tekintetre azt lehetne gondolni, hogy a szemcsék nagysága áteső fényben könnyen megmérhető. Ha azonban meggondoljuk, hogy mily kicsinyek a szemcsék, azonnal beláthatjuk, hogy a mérés nem vezethet helyes eredményekre, nem, mert a nagyon kicsiny tárgyaknál a fényelhajlás nem hanyagolható többé el. Ennek következtében más eljárásmódokhoz kellett folyamodni, sőt többféle módszert kellett kigondolni, a méretek eredményeit összevetni és középértékeket venni.
Perrin módszerei közül e helyen kettőt akarok bemutatni.
1. Veszünk egy csepp nagyon híg emulziót, rátesszük a mikroszkóp tárgylemezére, de nem födjük be, hanem engedjük lassan lepárologni. A szemcsék rárakodnak a lemezre, és azt egyrétegű golyósorral vonják be. A mikroszkóp alatt nagyon jól ellenőrizhetjük, hogy a szemcsék sugarai egyenlők-e és közvetlenül megszámlálhatjuk, hogy hány szemcse esik egy adott hosszúságra, vagy pedig egy adott területre, amiből az egyes szemcsék méretei könnyen kiszámíthatók.
2. A Stokes-féle törvény alapján. Ellenálló közegben az esés bizonyos idő múlva egyenletesen megy végbe, a sebesség növekedtével u. i. a súrlódás is növekszik, úgy, hogy végül a sebesség akkora hogy a súrlódás egyenlő lesz az eső test súlyával, mikor is a sebesség nem növekedik tovább. Mármost Stokes megállapította, hogy a súrlódás következtében fellépő ellenállás kicsiny testeknél: ahol a belső súrlódás együtthatója, az eső gömb sugara, pedig az esés sebessége. Viszont a testet lefelé hajtja a relatív súly: ahol a test sűrűsége, a folyadék sűrűsége, pedig a nehézség gyorsulása. Fennáll tehát a következő egyenlet: A belső súrlódás együtthatója ismeretes, így tehát egyszerű összefüggést nyertünk és között. Azonban a nagyon könnyen megfigyelhető. Ha ugyanis a frissen készült emulziót magára hagyjuk, megindul a folyadék tisztulása, a részecskék lefelé szállnak s a folyadékban látni lehet, mint száll lefelé az emulziófelhő. A leszállás sebessége nagyon könnyen megállapítható (nehány mm. naponként) és ez egyúttal az eső golyócskák sebessége, illetve annak középértéke.
A különböző mérési módszerek pontosan ugyanarra az eredményre vezettek. Perrin emulzióinak sugarai -től -ig változtak.
A sűrűség megmérése nem okoz különös nehézséget. Egyszerűen alkalmazzuk a közönséges piknometrikus eljárást. Ugyanazt az edényt megtöltjük egyszer vízzel, egyszer pedig emulzióval és mindkétszer megmérjük a súlyt, majd beszárítjuk az emulziót és megmérjük a beszáradás után visszamaradó üvegszerű anyag súlyát. Vagy eljárhatunk úgy is, hogy ennek az üvegszerű anyagnak határozzuk meg a sűrűségét.
Ily módon tehát ismerjük az emulzió szemcsék méreteit, tömegét, számát az egyes rétegekben, a ritkulás törvényét ill. azt a magasságot, amelynél a szemcsék száma a felére csökken. Minden adatunk megvan és csak következmények levonása marad hátra.
Előre kell bocsátanom, hogy Perrin módszerének rendkívüli előnye az, hogy a mérésnél szereplő mennyiségeket igen tág határok között változtatta. A szemcsék térfogatának változási határa volt. Változtatta a szuszpenzió anyagát (gummigutta, masztiksz), a szemcseközti folyadékot (víz, glicerin), a szemcsék relatív súlyát, a hőmérsékletet és a viszkozitást. És a mérések mégis mindig ugyanarra az eredményre vezettek, világos bizonyságául annak, hogy az alapföltevés helyes volt. Sőt, ami még fontosabb, az eredmények nem különböztek lényegesen a kinetikus gázelmélet alapján nyert értékektől, az egész eltérés alig tesz ki többet -nál.
A legpontosabb mérések alapján a molekuláris méretekre nézve a következő adatokat nyerjük (Perrin).
A hidrogénatom tömege grammokban:
A molekulák haladó mozgásának kinetikus energiája mellett középértékben: A szabad úthossz pl. a -os higanygőzöknél: A molekulák átmérője millimikronokban:
Végül az Avogadro-féle szám: Budapest, Szent-István reálgimnázium
Nem mulaszthatom el, hogy e helyen ne utaljak Jean Perrin ,,Les atomes'' c. klasszikus munkájára, amelyben az olvasó részletes felvilágosítást talál mindazokra a kérdésekre, amelyeket itt csak röviden érinthetek. A mű magyar fordítása a tél folyamán fog megjelenni. |
PDF | MathML