Velikost molekuly kyseliny olejové

Úkol: Proveďte řádový odhad velikosti molekuly kyseliny olejové.

Vybavení: kyselina olejová, benzín, miska o průměru cca 25 cm, korek, pipeta se stupnicí.

Následující metoda představuje jeden z nejjednodušších způsobů, jak přibližně určit velikost molekul. Je inspirovaná pokusy Benjamina Franklina, které prováděl na rybníce Clapham blízko Londýna koncem 18. století. Pomalu nalil na jeho povrch lžičku olivového oleje a sledoval, jak velká skvrna vznikne. Nejde o to určit rozměry konkrétní složité molekuly (viz obrázek 1.22a) přesně, ale pokusit se odhadnout její velikost alespoň přibližně (řádově).

Kyselina olejová se vyskytuje například v olivovém oleji; pro účely tohoto měření využijeme jednu její zajímavou vlastnost. Když se šikovným způsobem rozptýlí na povrchu vody, rozlije se po něm tak, že vznikne vrstva o tloušťce jediné molekuly (viz obrázek 1.23).

Protože jediná kapka kyseliny olejové by pokryla povrch vody o obsahu mnoha desítek m², použijeme roztok kyseliny v benzínu s objemovou koncentrací 1 : 2000. To znamená, že v jedné kapce roztoku bude kyselina olejová tvořit jen 1/2000 objemu.

1. Naučte se zacházet s pipetou tak, abyste zvládli spolehlivě odkápnout jednu kapku čistého benzínu.
2. Pomocí odkapávání kapek benzínu nad nádobou určete objem jedné kapky. Zapište hodnotu objemu.
3. Připravte si tenkou vrstvu vody (cca 1 cm) do misky. Po uklidnění hladiny jemně poprašte povrch vody korkem.
4. Kápněte jednu kapku roztoku z malé výšky na hladinu vody v misce. Poté změřte průměr oblasti pokryté molekulami kyseliny olejové, vypočítejte její obsah a zapište. V případě neúspěchu opakujte.
5. Na základě naměřených hodnot vypočítejte tloušťku vrstvy. Výpočty a výsledek přehledně zapište.

1. Jak by pokus dopadl s čistou kyselinou olejovou? Jak by pokus dopadl s čistým benzínem? Máte-li čas, můžete vyzkoušet.
2. Proč jsme hladinu pokrývali vrstvou korkového prachu?
3. Proč jsme olej ředili v benzínu, nikoliv ve vodě?
4. Atom vodíku má průměr 0,12 nm. Porovnejte tento údaj s vaším výsledkem. Jsou ve vzájemné shodě?
5. Molekula kyseliny olejové má polární a nepolární část. Polární část (COOH) je přitahována k molekulám vody, zbytek nikoliv. Pokuste se na základě této informace odhadnout rozložení molekul na povrchu vody.

Poznámky pro učitele

1. Roztok kyseliny olejové v technickém benzínu s koncentrací 1 : 2000 je potřeba připravit dopředu. Koncentrace nebude příliš přesná, neboť budete ředit jen několik kapek kyseliny v benzínu. Pokud nemáte kyselinu olejovou, lze použít i olivový olej.
2. Vyzkoušejte si pokus s vaším roztokem. Měla by vzniknout skvrna o velikosti kolem 20 cm (viz obrázek). Zkuste pokus také s čistým benzínem (bez kyseliny olejové). Měla by se vám vytvořit skvrna, která ale po vypaření benzínu zase zmizí.

   

3. Pokus s neředěným olivovým olejem je možné zhlédnout zde: https://www.youtube.com/watch?v=f2H418M3V6M. Součástí videa je taky pěkné vysvětlení celého pokusu a historické souvislosti.

Rozměry lidského těla

Úkol: Stanovte jednoduchou hypotézu týkající se rozměrů lidského těla a pokuste se ji dokázat/vyvrátit pomocí měření na zvoleném vzorku osob.

Vybavení: svinovací a krejčovský metr, případně další měřidla.

Alphonse Bertillon byl francouzský policejní důstojník, který založil kriminalistickou metodu pro evidenci a identifikaci pachatelů založenou na antropometrii – měření rozměrů lidského těla. Základem jeho metody byla hypotéza, že na základě 11 vhodně zvolených parametrů lidského těla (výška, rozpětí paží, délka předloktí atd.) je možné jednoznačně identifikovat člověka. Tato úspěšná metoda byla brzy překonána díky otiskům prstů. Postupem času přibývaly ještě další měřitelné parametry lidského těla (tzv. biometrické údaje) až po zcela jednoznačnou identifikaci pomocí DNA.

Znalost parametrů lidského těla je dodnes důležitá v ergonomii či průmyslovém designu. Je potřeba, aby pracovní prostředí, nástroje, nábytek či stavební normy vyhovovaly co největšímu počtu lidí. Jednoduchý příklad: Postele či dveře se standardně vyrábějí dlouhé (vysoké) 2 m, protože více než 99 % populace je menší než 200 cm.

V tomto praktiku se inspirujeme prací pana Bertillona. Zároveň si zde vyzkoušíme typický postup práce podle vědecké metody. To znamená testování hypotéz pomocí měření na určitém statistickém vzorku. Váš vzorek nebude příliš velký, protože nemáte tolik času a prostředků. Důležitý je ale i samotný výběr vzorku. Budeme-li například měřit výšku osob, mělo by být jasné, zda započítáme jen dospělé, nebo i děti. Při formulaci vaší hypotézy se snažte být co nejpřesnější. Dejme tomu, že budete zkoumat výšku mužů a žen. Pak hypotéza: „Muži jsou vyšší než ženy” není zcela přesná. Lepší by bylo: „Muži jsou v průměru vyšší než ženy”.

Někdo by se mohl inspirovat slavnou kresbou Leonadra da Vinciho Vitruviánský muž. Hypotéza, která vyplývá z obrázku, by mohla znít: „Výška každého člověka je stejná jako jeho rozpětí paží”. To je ale moc přísné. Lepší by bylo třeba: „Výška každého člověka je rovna rozpětí jeho paží plus mínus 10 cm”. Nebo ještě jinak: „Výška člověka souvisí s rozpětím jeho paží”. Poslední hypotéza je ve vědě velmi častým typem, kdy zkoumáme vztah, souvislost neboli korelaci dvou veličin. Pro vyhodnocení takové hypotézy dobře poslouží bodový graf (viz obrázek).

Postup měření:

1. Stanovte si hypotézu o rozměrech lidského těla a přesně ji formulujte.
2. Navrhněte metodu měření.
3. Proveďte měření na vzorku alespoň 20 osob.
4. Zpracujte přehledně svoje měření včetně všech naměřených dat. Nezapomeňte na závěr – posouzení vaší hypotézy.

Poznámky pro učitele

1. O metodě Alphonse Bertillona byl natočen jeden díl seriálu Dobrodružství kriminalistiky: https://www.ceskatelevize.cz/porady/898901-dobrodruzstvi-kriminalistiky/289310910380003-bertillonaz/.
2. Tato úloha je velmi otevřená. Při tvorbě hypotéz diskutujte s žáky o jejich nápadech a veďte je dobrým směrem. Naopak formulaci závěru už můžete nechat zcela na nich.