การประมาณขนาดของโมเลกุลเดี่ยว
เบนจามิน แฟรงคลินและลอร์ดเรย์ลีคำนวณขนาดของโมเลกุลได้อย่างไรโดยใช้น้ำมันกับน้ำเท่านั้น
- หลายสิบปีก่อนการค้นพบรังสีเอกซ์และการประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ทรงพลัง ลอร์ดเรย์ลีคำนวณขนาดของโมเลกุลเดี่ยวได้โดยใช้น้ำมัน น้ำ และปากกาเท่านั้น
- แรงบันดาลใจของเขามาจากเบนจามิน แฟรงคลิน
การทดลองของแฟรงคลิน
- ราวปี 1770 ระหว่างการเยือนลอนดอน แฟรงคลินสังเกตเห็นว่าระหว่างการข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก เมื่อมีการทิ้งน้ำมันจากเรือลงทะเล คลื่นจะสงบลง
- เขาทดลองโดยเทน้ำมันปริมาณเล็กน้อยลงในสระที่ Clapham Common ในลอนดอน
- เขายืนยันว่าน้ำมันแผ่กระจายอย่างรวดเร็วบนผิวน้ำและทำให้น้ำเรียบลื่น
- แฟรงคลินทำการทดลองซ้ำหลายครั้งและบันทึกไว้อย่างละเอียด แต่ไม่ได้เข้าใจความหมายในระดับโมเลกุล
การตีความใหม่ของลอร์ดเรย์ลี
- ลอร์ดเรย์ลี นักวิชาการแห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และนักฟิสิกส์ผู้มีชื่อเสียง ได้นำการทดลองของแฟรงคลินมาตีความใหม่จากมุมมองใหม่
- ในปี 1890 ลอร์ดเรย์ลีหยดน้ำมันมะกอกปริมาณน้อยที่วัดอย่างแม่นยำลงบนน้ำ และวัดพื้นที่ที่น้ำมันแผ่กระจายออกไป
- เขาประมาณความหนาของฟิล์มน้ำมันโดยนำปริมาตรของน้ำมันหารด้วยพื้นที่
- โดยสมมติว่าฟิล์มน้ำมันเป็นชั้นโมเลกุลเดี่ยว เขาจึงคำนวณความหนาของฟิล์มน้ำมันเป็นความยาวของหนึ่งโมเลกุล
ผลลัพธ์ของลอร์ดเรย์ลี
- ผลการคำนวณของลอร์ดเรย์ลีอยู่ที่ประมาณ 1.63 นาโนเมตร
- ความยาวจริงของโมเลกุล triacylglycerol ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของน้ำมันมะกอก อยู่ที่ประมาณ 1.67 นาโนเมตร ทำให้ค่าประมาณของลอร์ดเรย์ลีมีความคลาดเคลื่อนเพียงราว 2%
- การทดลองของเขาแสดงให้เห็นว่าแม้ใช้เครื่องมืออย่างง่าย ก็สามารถได้มาซึ่งความเข้าใจเชิงวิทยาศาสตร์ที่ลึกซึ้งได้
แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม
- หนังสือของ Charles Tanford ชื่อ "Ben Franklin Stilled the Waves" สำรวจประวัติของการทดลองหยดน้ำมันนี้อย่างลึกซึ้ง
สรุปโดย GN⁺
- บทความนี้แสดงให้เห็นว่าแม้ใช้เครื่องมือทดลองอย่างเรียบง่าย ก็สามารถนำไปสู่การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญได้
- การทดลองของเบนจามิน แฟรงคลินและลอร์ดเรย์ลีเน้นย้ำว่าความอยากรู้อยากเห็นและความคิดสร้างสรรค์ทางวิทยาศาสตร์มีความสำคัญเพียงใด
- บทความนี้น่าจะเป็นประโยชน์สำหรับผู้ที่สนใจประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์และวิธีวิทยาการทดลอง
- โครงการอื่นที่มีลักษณะคล้ายกัน ได้แก่ "Science Experiments You Can Do At Home"
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นบน Hacker News
ในการศึกษาวิทยาศาสตร์ มักมีการนำเสนอกฎและทฤษฎีว่าเป็นสิ่งที่ต้องท่องจำเฉย ๆ
ในปี 1676 Roemer ประมาณความเร็วแสงจากการวัดวงโคจรของ Io ดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี
Rayleigh ประมาณความหนาของฟิล์มน้ำมันโดยนำปริมาตรของน้ำมันหารด้วยพื้นที่
ทำให้นึกถึงการทดลองหยดน้ำมันของ Millikan & Fletcher
มีการตั้งคำถามว่าสมมติฐานที่ว่าน้ำมันแผ่ออกเป็นความหนาระดับโมเลกุลเดียวนั้นเป็นเพียงการคาดเดาหรือไม่
อยากให้ในโรงเรียนมีวิชาเกี่ยวกับ "การออกแบบการทดลองทางวิทยาศาสตร์"
เคยทำการทดลองนี้ซ้ำในวิชาฟิสิกส์ระดับมหาวิทยาลัย