En 1870, Lord Rayleigh calculó el tamaño de las moléculas usando aceite y agua

Estimación del tamaño de una sola molécula

Cómo Benjamin Franklin y Lord Rayleigh calcularon el tamaño de las moléculas usando solo aceite y agua

• Décadas antes de que se descubrieran los rayos X y se inventaran microscopios potentes, Lord Rayleigh calculó el tamaño de una sola molécula usando solo aceite, agua y papel y pluma
• Su inspiración surgió de Benjamin Franklin

El experimento de Franklin

• Al visitar Londres alrededor de 1770, Franklin observó durante un cruce transatlántico que cuando se arrojaba aceite al mar desde un barco, las olas se calmaban
• Realizó un experimento vertiendo una pequeña cantidad de aceite en el estanque de Clapham Common, en Londres
• Confirmó que el aceite se extendía rápidamente por la superficie del estanque y dejaba el agua lisa
• Franklin repitió el experimento varias veces y lo registró en detalle, pero no comprendió su significado molecular

La reinterpretación de Lord Rayleigh

• Lord Rayleigh, académico de la Universidad de Cambridge y reconocido físico, reinterpretó el experimento de Franklin desde una nueva perspectiva
• En 1890, dejó caer una pequeña cantidad de aceite de oliva cuidadosamente medida sobre agua y midió el área sobre la que se extendía el aceite
• Estimó el grosor de la película de aceite dividiendo el volumen del aceite entre el área
• Asumiendo que la película de aceite era una sola capa de moléculas, calculó el grosor de la película como la longitud de una molécula

Los resultados de Lord Rayleigh

• El resultado del cálculo de Lord Rayleigh fue de aproximadamente 1.63 nanómetros
• La longitud real de la molécula de triacilglicérido, principal componente del aceite de oliva, es de aproximadamente 1.67 nanómetros, por lo que la estimación de Lord Rayleigh tuvo un error de apenas alrededor del 2%
• Su experimento mostró que incluso con herramientas simples es posible obtener ideas científicas profundas

Material adicional

• El libro de Charles Tanford, "Ben Franklin Stilled the Waves", explora en profundidad la historia de este experimento de la gota de aceite

Resumen de GN⁺

• Este artículo muestra que incluso con herramientas experimentales simples se pueden lograr descubrimientos científicos importantes
• Los experimentos de Benjamin Franklin y Lord Rayleigh destacan la importancia de la curiosidad científica y la creatividad
• Este artículo será útil para quienes estén interesados en la historia de la ciencia y la metodología experimental
• Otros proyectos con una función similar incluyen "Science Experiments You Can Do At Home"

[GN⁺]

Comentarios de Hacker News

• En la educación científica, a menudo se presentan las leyes y teorías como cosas que simplemente hay que memorizar

  • La historia de cómo se descubrieron originalmente las teorías científicas es más interesante e inspiradora
  • Aprendí rutas bioquímicas, pero no tuve ninguna pista sobre cómo se descubrieron esas rutas
  • Se agradecen sugerencias de publicaciones sobre cómo se descubrieron originalmente otras teorías científicas

• En 1676, Roemer estimó la velocidad de la luz midiendo la órbita de Io, la luna de Júpiter

  • Cuando la Tierra se acerca a Júpiter, Io aparece un poco más temprano cada día
  • Cuando la Tierra se aleja de Júpiter, Io aparece un poco más tarde cada día
  • A lo largo de un año se produce una diferencia de 22 minutos
  • Calculó la distancia que recorre la luz en 22 minutos y estimó la velocidad de la luz en 227,000 km/s
  • La velocidad real es de aproximadamente 300,000 km/s

• Rayleigh estimó el grosor de una película de aceite dividiendo el volumen del aceite entre el área

  • Supuso que el aceite forma una sola capa molecular
  • El grosor de la película de aceite es igual a la longitud de una molécula de aceite
  • Rayleigh fue el primero en determinar el tamaño de una sola molécula

• Esto recuerda al experimento de la gota de aceite de Millikan y Fletcher

  • Fue un experimento para medir la carga del electrón
  • Midieron el tiempo de caída de diminutas gotas de aceite para calcular su volumen
  • Usaron un campo eléctrico conocido para mantener suspendidas las gotas de aceite
  • Las cargas calculadas se agrupaban como múltiplos de un valor pequeño
  • Esa era la carga de un electrón individual

• Se plantea la duda de si la suposición de que el aceite se extiende con el grosor de una sola molécula no era solo una conjetura

  • Se cuestiona si la tensión superficial podría mantener el aceite más grueso
  • Hay curiosidad por saber si existían otras pistas que indicaran que se trataba de una monocapa molecular

• Me habría gustado tomar en la escuela un curso sobre "diseño de experimentos científicos"

  • Se explicarían procesos experimentales históricos y se plantearían retos a los estudiantes
  • Sería un curso para aprender a diseñar y ejecutar experimentos para estimar el tamaño de la Tierra, refutar el flogisto y el éter luminífero, o medir la velocidad de la luz

• Reproduje este experimento en una clase universitaria de física

  • Requirió mucho trabajo, pero fue útil e interesante
  • Los requisitos de equipo eran adecuados para un laboratorio de física de licenciatura
  • Lo recomiendo mucho si tienes la oportunidad de intentarlo