Em 1870, Lord Rayleigh estudou o cálculo do tamanho das moléculas usando óleo e água

Estimando o tamanho de uma molécula individual

Como Benjamin Franklin e Lord Rayleigh calcularam o tamanho das moléculas usando apenas óleo e água

• Décadas antes da descoberta dos raios X e da invenção de microscópios poderosos, Lord Rayleigh calculou o tamanho de uma única molécula usando apenas óleo, água e uma caneta
• Sua inspiração veio de Benjamin Franklin

O experimento de Franklin

• Por volta de 1770, durante uma visita a Londres, Franklin observou, em uma travessia transatlântica, que quando óleo era jogado no mar a partir de um navio as ondas ficavam mais calmas
• Ele realizou um experimento no lago de Clapham Common, em Londres, despejando uma pequena quantidade de óleo na água
• Confirmou que o óleo se espalhava rapidamente pela superfície do lago, deixando a água lisa
• Franklin repetiu o experimento várias vezes e o registrou em detalhes, mas não compreendeu seu significado molecular

A reinterpretação de Lord Rayleigh

• Lord Rayleigh, famoso estudioso de Cambridge e físico, reinterpretou o experimento de Franklin sob uma nova perspectiva
• Em 1890, Lord Rayleigh pingou na água uma pequena quantidade de azeite de oliva medida com precisão e mediu a área sobre a qual o óleo se espalhou
• Dividiu o volume do óleo pela área para estimar a espessura da película de óleo
• Assumindo que a película de óleo formava uma monocamada molecular, calculou a espessura da película como o comprimento de uma molécula

Os resultados de Lord Rayleigh

• O resultado do cálculo de Lord Rayleigh foi de aproximadamente 1,63 nanômetro
• O comprimento real da molécula de triacilglicerol, principal componente do azeite de oliva, é de cerca de 1,67 nanômetro, de modo que a estimativa de Lord Rayleigh teve um erro de apenas cerca de 2%
• Seu experimento mostrou que é possível obter percepções científicas profundas mesmo com ferramentas simples

Material adicional

• O livro de Charles Tanford, "Ben Franklin Stilled the Waves", explora em profundidade a história desse experimento da gota de óleo

Resumo do GN⁺

• Este artigo mostra que descobertas científicas importantes podem ser feitas mesmo com ferramentas experimentais simples
• Os experimentos de Benjamin Franklin e Lord Rayleigh destacam a importância da curiosidade científica e da criatividade
• Este artigo será útil para quem tem interesse pela história da ciência e pela metodologia experimental
• Outros projetos com proposta semelhante incluem "Science Experiments You Can Do At Home"

[GN⁺]

Comentários do Hacker News

• No ensino de ciências, muitas vezes leis e teorias são apresentadas como algo a ser simplesmente memorizado

  • A história de como uma teoria científica foi descoberta pela primeira vez é mais interessante e inspiradora
  • Aprendi vias bioquímicas, mas não tive nenhuma pista de como essas vias foram descobertas
  • Sugestões de publicações em que outras teorias científicas foram descobertas pela primeira vez são bem-vindas

• Em 1676, Roemer estimou a velocidade da luz medindo a órbita de Io, lua de Júpiter

  • Quando a Terra se aproxima de Júpiter, Io aparece um pouco mais cedo a cada dia
  • Quando a Terra se afasta de Júpiter, Io aparece um pouco mais tarde a cada dia
  • Ao longo de um ano, surge uma diferença de 22 minutos
  • Calculando a distância percorrida pela luz em 22 minutos, ele estimou a velocidade da luz em 227.000 km/s
  • A velocidade real é de cerca de 300.000 km/s

• Rayleigh estimou a espessura de uma película de óleo dividindo o volume do óleo pela área

  • Ele assumiu que o óleo formava uma monocamada de moléculas
  • A espessura da película de óleo seria igual ao comprimento de uma única molécula de óleo
  • Rayleigh foi o primeiro a determinar o tamanho de uma molécula individual

• Isso faz lembrar o experimento da gota de óleo de Millikan & Fletcher

  • Foi um experimento para medir a carga do elétron
  • Calculava-se o volume medindo o tempo de queda de minúsculas gotas de óleo
  • Usava-se um campo elétrico conhecido para suspender a gota de óleo
  • As cargas calculadas se agrupavam em múltiplos de um pequeno valor
  • Esse era a carga de um elétron individual

• Levanta-se a dúvida se a hipótese de que o óleo se espalha com espessura de uma única molécula não era apenas uma suposição

  • Questiona-se a possibilidade de a tensão superficial manter o óleo mais espesso
  • Há curiosidade sobre se existiam outras pistas que indicassem que era uma monocamada

• Gostaria de ter tido na escola uma disciplina sobre "projeto de experimentos científicos"

  • Explicar o processo de experimentos históricos e propor desafios aos alunos
  • Seria uma disciplina para aprender a projetar e executar experimentos para estimar o tamanho da Terra, refutar o flogisto e o éter luminífero, ou medir a velocidade da luz

• Reproduzi esse experimento em uma aula de física na universidade

  • Deu bastante trabalho, mas foi proveitoso e interessante
  • As exigências de equipamento eram adequadas para um laboratório de física de graduação
  • Se possível, recomendo fortemente experimentar