Ćwiczenie nr 4 
 

WYZNACZANIE  ROZMIARÓW  CZĄSTECZEK  TWORZĄCYCH 

WARSTWĘ  MONOMOLEKULARNĄ 

 

I. Opis ogólny 
           A.  Napięcie  powierzchniowe  cieczy  może  ulegać  zmianie  pod  wpływem  domieszek  dodawa-
nych do tych cieczy. Dla wody substancjami powierzchniowo -czynnymi tzn. osłabiającymi jej napięcie 
powierzchniowe są np. mydło, kwasy tłuszczowe, nafta, spirytus. Sybstancje powierzchniowo-czynne 
dodane do cieczy gromadzą się na jej powierzchni, tworząc błonkę złożoną z jednej warstwy - war-
stwę monomolekularną. 
           Aby otrzymac monomolekularną warstwę kwasu stearynowego (C

18

H

36

O

2

) rozpuszczamy go w 

lotnym  rozpuszczalniku  (benzen,  heksan),  a  następnie  kroplę  roztworu  upuszczamy  na  wodę.  Roz-
twór rozpływa się równomiernie po powierzchni, a po wyparowaniu lub rozpuszczeniu się rozpuszczal-
nika pozostaje monomolekularna błonka powierzchniowa. Cząsteczki kwasu stearynowego znajdują-
ce się na granicy faz woda - powietrze ustawiają się grupami polarnymi (COOH) w wodzie, a łańcuch 
węglowodorowy "sterczy" w powietrzu. Tego rodzaju struktury stanowią podstawę budowy błony ko-
mórkowej. 
           B. Fakt tworzenia się warstwy monomolekularnej może być wykorzystany do wyznaczania roz-
miarów cząsteczek. W ćwiczeniu wyznaczać będziemy rozmiary cząsteczki kwasu stearynowego: dłu-
gość łańcucha, pole przekroju poprzecznego i średnicę przekroju. Sporządzamy w tym celu roztwór 
kwasu  stearynowego  w  benzenie.  Aby  obserwacja  warstwy  monomolekularnej  była  łatwiejsza  po-
wierzchnię wody posypujemy talkiem. Cząsteczki talku nie są zwilżane przez wodę i pływają po jej po-
wierzchni. Jeżeli kroplę roztworu kwasu stearynowego upuścimy na powierzchnię wody posypanej tal-
kiem, to benzen odparowuje a cząsteczki kwasu stearynowego rozprzestrzeniają się po powierzchni 
wody, odsuwając przed sobą talk. Po pewnym czasie utworzy się kolista, monomolekularna warstwa 
kwasu stearynowego. Mierzymy średnicę takiej warstwy (D) i wyliczamy pole powierzchni (S) zajmo-
wanej przez warstwę. Znając stężenie roztworu (c) oraz objętość kropli (V)  roztworu  puszczonej  na 
powierzchnię wody, możemy wyliczyć liczbę n cząsteczek tworzących warstwę monomolekularną wg 
wzoru: 
 

n = c . N

A

 . V/M                                                                       [ 1 ] 

 
gdzie: N

A

 - liczba Avogadra;  M = 284 g - masa molowa  kwasu stearynowego. 

 
Powierzchnia  S = 

π . D

śr

2

/4  zajmowana przez wartwę monomolekularną, 

 

S = n . s

0                                                                                                           

[ 2 ] 

 

gdzie: s

0 

- średnie pole przekroju poprzecznego cząsteczki. Z [ 1 ] i [ 2 ] wynika, że 

 

s

0

 = 

π  . D

śr

2

 . M/( 4 c . N

A

 . V)                                                            [ 3 ] 

 
Przyjmując, że cząsteczka w przekroju ma kształt koła, możemy wyliczyc średnicę d cząsteczki: 
 

                                                                           [ 4 ] 

 
Długość  L  cząsteczki kwasu stearynowego przy jej pionowym ustawieniu jest równa grubości war-
stwy monomolekularnej. Grubość warstwy otrzymujemy dzieląc objętość V

k

 warstwy przez powierzch-

nię S warstwy. 

L = V

k

/S                                                                        [ 5 ]                           

 
Objętość warstwy równa się objętości kwasu stearynowego zawartego w kropli roztworu puszczonej 
na wodę i wynosi:  

V

k

 = c . V / 

ρ                                                                           [ 6 ]  

 
gdzie: 

ρ = 0,847 g/cm

3

 -- gęstość kwasu stearynowego. Po podstawieniu [ 6 ] do [ 5 ] otrzymujemy 

wzór, z którego wyliczamy długość L cząsteczki: 
 

L = V . c/ (

ρ  . S)                                                           [ 7 ] 

 
II. Przebieg ćwiczenia. 
UWAGA: Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy określić powiększenie mikroskopu. W tym celu 
na  stoliku  mikroskopu  należy  umieścić  kartkę  papieru  milimetrowego  i  określić  jaka  jest  wzajemna 
odpowiedniość  pomiędzy  ilością  działek  na  skali  umieszczonej  na  okularze  i  długością  na  papierze 
milimetrowym. 
1. Napełnić płytkę Petriego wodą destylowaną, a następnie posypać powierzchnię wody równomierną 
cienką warstwą talku i zamieszać bagietką. 
2.  Na    powierzchnię  wody  wypipetować  conajmniej  7  kropli  (w  różnych  miejscach)  roztworu  kwasu 
stearynowego w benzenie o stężeniu  c = 1,5 . 10

-5

 g/cm

3

 pipetą o objętości 20 ml (20 ml = 2 . 10

-2

 

cm

3

). 

3. Odczekać kilka minut do odparowania benzenu, a następnie zmierzyć srednice powstałych warstw 
monomolekularnych, wybierając najbardziej regularne. Do obliczeń przyjąć średnią arytmetyczna z 7  
pomiarów.  
4. Wyliczyć powierzchnię S warstwy. 
5. Według podanych wyżej wzorów wyliczyć: średnią długość (L) cząsteczki, średnią średnicę (d) czą-
steczki, pole przekroju poprzecznego (s

0

). 

UWAGA: po wkropleniu kwasu stearynowego końcówki pipety przepłukać benzenem.  
 
Wymagane wiadomości teoretyczne 
1. Własności substancji amfifilnych na przykładzie kwasu stearynowego. Tworzenie warstw monomo-
lekularnych. 
2. Wpływ tych substancji (amfifilnych) na wielkość napięcia powierzchniowego. 
3. Siły oddziaływania między cząsteczkami - napięcie powierzchniowe i ciśnienie powierzchniowe. 
4. Zależność ciśnienia powierzchniowego od wielkości powierzchni warstwy monomolekularnej. 
5. Podaj przykłady występowania warstw monomolekularnych i praktyczne zastosowanie. 
 
PROPONOWANA  LITERATURA 
1. B. Kędzia; Materiały do ćwiczeń z biofizyki i fizyki. 
2. A. Pilawski; Podstawy biofizyki. 
3. R. Glaser; Wstęp do biofizyki.  

 

Akademia Medyczna we Wrocławiu 

Katedra Biofizyki

 

Ćwiczenie 4 

Wyznaczanie rozmiarów cząsteczek sub-

stancji tworzących warstwę  

monomolekularną

 

 
.................................................................. 
 
.................................................................. 

Imiona i nazwiska studentów 

 
 
 
 

Podpis prowadzącego ćwiczenia 

Wydział: 

Data: 

Grupa studencka: 
Numer zespołu: 

 
Ocena:

 

1.    Wypełnić tabelę przyjmując, że objętość jednej kropli wynosi V= 2·10

-8

 m

3

: 

 

Średnica  

warstwy  

D 

Średnia  

średnica  

warstwy  

D

śr 

Pole po-

wierz-

chni 

S =  

πD

2

śr 

/4 

Liczba 

cząste-

czek w 

warstwie 

n = 

cN

A

V/M 

Pole przekro-

ju cząsteczki 

 

S

0 

= S/n 

Średnica 

przekroju  

cząsteczki  

 

d =2(S

0

/ρ)

1/2 

Długość  

cząsteczki  

 

l = Vc/ρS 

 

mm 

m 

mm 

m 

m

2 

 

m

2 

nm

2 

m 

nm 

m 

nm 

1 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 

 

 

3 

 

 

4 

 

 

5 

 

 

6 

 

 

7