1870'te Lord Rayleigh, yağ ve su kullanarak moleküllerin boyutunu hesaplayan bir çalışma yaptı

Tek bir molekülün boyutunu tahmin etmek

Benjamin Franklin ve Lord Rayleigh'in yalnızca yağ ve suyla bir molekülün boyutunu nasıl hesapladığı

• X-ışınları keşfedilmeden ve güçlü mikroskoplar icat edilmeden onlarca yıl önce, Lord Rayleigh yalnızca yağ, su ve kalem kullanarak tek bir molekülün boyutunu hesapladı
• İlhamını Benjamin Franklin'den aldı

Franklin'in deneyi

• Franklin, 1770 civarında Londra'yı ziyaret ettiğinde, Atlantik'i geçerken gemilerden denize yağ atıldığında dalgaların sakinleştiğini gözlemledi
• Londra'daki Clapham Common göletinde suya az miktarda yağ dökerek deney yaptı
• Yağın gölet yüzeyine hızla yayıldığını ve suyu pürüzsüz hale getirdiğini doğruladı
• Franklin deneyi birçok kez tekrarlayıp ayrıntılı biçimde kaydetti, ancak bunun moleküler anlamını kavrayamadı

Lord Rayleigh'in yeniden yorumu

• Cambridge Üniversitesi'nden akademisyen ve ünlü bir fizikçi olan Lord Rayleigh, Franklin'in deneyini yeni bir bakış açısıyla yeniden yorumladı
• 1890'da Lord Rayleigh, hassas biçimde ölçtüğü küçük bir miktar zeytinyağını suya damlattı ve yağın yayıldığı alanı ölçtü
• Yağın hacmini alana bölerek yağ filminin kalınlığını tahmin etti
• Yağ filminin tek moleküllük bir katman olduğunu varsayarak, filmin kalınlığını bir molekülün uzunluğu olarak hesapladı

Lord Rayleigh'in sonucu

• Lord Rayleigh'in hesapladığı sonuç yaklaşık 1,63 nanometreydi
• Zeytinyağının ana bileşeni olan triacylglycerol molekülünün gerçek uzunluğu yaklaşık 1,67 nanometredir; Lord Rayleigh'in tahmini yalnızca yaklaşık %2 hata payına sahipti
• Onun deneyi, basit araçlarla bile derin bilimsel içgörüler elde edilebileceğini gösterdi

Ek kaynaklar

• Charles Tanford'un "Ben Franklin Stilled the Waves" adlı kitabı, bu yağ damlası deneyinin tarihini derinlemesine inceliyor

GN⁺ Özeti

• Bu yazı, basit deney araçlarıyla bile önemli bilimsel keşifler yapılabileceğini gösteriyor
• Benjamin Franklin ve Lord Rayleigh'in deneyleri, bilimsel merakın ve yaratıcılığın ne kadar önemli olduğunu vurguluyor
• Bu yazı, bilim tarihi ve deney metodolojisiyle ilgilenen kişiler için faydalı olacaktır
• Benzer işleve sahip diğer projeler arasında "Science Experiments You Can Do At Home" gibi örnekler bulunuyor

[GN⁺]

Hacker News yorumları

• Bilim eğitiminde yasalar ve teoriler çoğu zaman sadece ezberlenmesi gereken şeyler olarak sunuluyor

  • Bilimsel teorilerin ilk kez nasıl keşfedildiğine dair hikayeler daha ilgi çekici ve ilham verici oluyor
  • Biyokimyasal yolları öğrendim ama o yolların nasıl keşfedildiğine dair hiçbir ipucu yoktu
  • Diğer bilimsel teorilerin ilk keşfine dair yayımlar için önerilere açığım

• 1676'da Roemer, Jüpiter'in uydusu Io'nun yörüngesini ölçerek ışık hızını tahmin etti

  • Dünya Jüpiter'e yaklaşırken Io her gün biraz daha erken görünüyordu
  • Dünya Jüpiter'den uzaklaşırken Io her gün biraz daha geç görünüyordu
  • Bir yıl boyunca 22 dakikalık bir zaman farkı oluşuyordu
  • Işığın 22 dakikada kat ettiği mesafeyi hesaplayarak ışık hızını 227.000 km/s olarak tahmin etti
  • Gerçek hız yaklaşık 300.000 km/s'dir

• Rayleigh, yağın hacmini alana bölerek yağ filminin kalınlığını tahmin etti

  • Yağın tek bir molekül tabakası oluşturduğunu varsaydı
  • Yağ filminin kalınlığı, bir yağ molekülünün uzunluğuna eşitti
  • Rayleigh böylece ilk kez tek bir molekülün boyutunu buldu

• Millikan & Fletcher'ın yağ damlası deneyini hatırlatıyor

  • Elektronun yükünü ölçen bir deneydi
  • Çok küçük yağ damlalarının düşme süresini ölçerek hacmi hesapladılar
  • Bilinen bir elektrik alanı kullanarak yağ damlasını askıda tuttular
  • Hesaplanan yükler, küçük bir değerin katları etrafında kümeleniyordu
  • Bu, tek tek elektronların yüküydü

• Yağın tek molekül kalınlığında yayılması varsayımının sadece bir tahmin olup olmadığı sorgulanıyor

  • Yüzey geriliminin yağı daha kalın tutma ihtimaline dair soru işareti var
  • Bunun gerçekten tek katmanlı olduğuna işaret eden başka ipuçları olup olmadığı merak ediliyor

• Okulda "bilimsel deney tasarımı" üzerine bir ders almak isterdim

  • Tarihsel deneylerin süreci anlatılır ve öğrencilere zorluklar sunulurdu
  • Dünya'nın boyutunu tahmin etmeyi, flojiston ve ışıldayan esiri çürütmeyi ya da ışık hızını ölçmek için deney tasarlamayı ve uygulamayı öğreten bir ders olurdu

• Üniversitedeki fizik dersinde bu deney yeniden yapıldı

  • Çok emek gerektirdi ama öğretici ve ilgi çekiciydi
  • Ekipman gereksinimleri lisans düzeyi fizik laboratuvarı için uygundu
  • Mümkünse denemenizi güçlü biçimde tavsiye ederim