MIKROSKOPINĖ SKALĖ: SAVYBĖS, DALELIŲ SKAIČIAVIMAS, PAVYZDŽIAI - FIZINIS - 2025

Mikroskopinis skalė yra vienas, kad yra naudojamas išmatuoti dydžiai ir ilgiai, kurie negali būti matomos plika akimi, ir kad yra žemiau ilgio milimetro. Metrinės sistemos mikroskopinės skalės yra nuo didžiausios iki žemiausios:

- Milimetras (1 mm), kuris yra viena dešimtoji centimetro arba tūkstančioji metro. Šioje skalėje mes turime vieną didžiausių kūno ląstelių, tai yra kiaušialąstė, kurios dydis yra 1,5 mm.

1 pav. Raudonieji kraujo kūneliai yra ląstelės mikroskopiniu mastu. Šaltinis: pixabay

- Dešimtoji milimetro (0,1 mm). Tai yra žmogaus plaukų storio arba skersmens skalė.

- mikrometras arba mikronas (1μm = 0,001 mm). Šioje skalėje yra augalų ir gyvūnų ląstelės bei bakterijos.

Augalo ląstelės yra 100 μm dydžio. Gyvūnų ląstelės yra dešimt kartų mažesnės, tai yra 10 μm; tuo tarpu bakterijos yra 10 kartų mažesnės už gyvūnų ląsteles ir yra 1 μm dydžio.

Nano skalė

Yra matavimų, net mažesnių nei mikroskopinė skalė, tačiau jie dažniausiai nėra naudojami, išskyrus kai kuriuos ypatingus atvejus. Čia pamatysime keletą svarbiausių nanometrinių matavimų:

- Nanometras (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) yra viena milimetro milimetro dalis. Šioje skalėje yra keletas virusų ir molekulių. Virusai yra maždaug 10 m, o molekulės - maždaug 1 m.

- Angstroma (1Å = 0,1ηm = 0,0001μm = 10 ^-7 mm). Šis matavimas formuoja skalę arba atomo dydį.

- fantomometras (1fm = 0,00001Å = 0,000001ηm = 10 ^–12 mm). Tai yra atominių branduolių skalė, kurie yra nuo 10 000 iki 100 000 kartų mažesni už atomą. Tačiau, nepaisant mažo dydžio, branduolys sutelkia 99,99% atominės masės.

- Yra mažesnės skalės nei atominiame branduolyje, nes jas sudaro tokios dalelės kaip protonai ir neutronai. Tačiau yra ir daugiau: šias daleles savo ruožtu sudaro daugiau pagrindinių dalelių, tokių kaip kvarkai.

Mikroskopinio stebėjimo prietaisai

Kai objektai yra tarp milimetro ir mikrometrų skalių (1 mm - 0,001 mm), juos galima pastebėti optiniu mikroskopu.

Tačiau jei objektai ar struktūros yra tarp nanometrų ir angstromų, tada reikės elektronų mikroskopų ar nanoskopų.

Elektronų mikroskopijoje vietoj šviesos naudojami aukštos energijos elektronai, kurių bangos ilgis yra daug trumpesnis nei šviesos. Elektroninio mikroskopo trūkumas yra tas, kad į jį negalima dėti gyvų mėginių, nes jis veikia vakuume.

Nanoskopas naudoja lazerio šviesą, o elektronų mikroskopijos pranašumas yra tas, kad gyvojoje ląstelėje esančias struktūras ir molekules galima apžiūrėti ir išgraviruoti.

Nanotechnologija yra technologija, kuria grandinės, konstrukcijos, dalys ir net varikliai yra gaminami skalėse nuo nanometro iki atominės masto.

Mikroskopinės savybės

Fizikoje atliekant pirmąjį derinimą, materijos ir sistemų elgsena tiriama makroskopiniu požiūriu. Iš šios paradigmos materija yra be galo dalijama tęstinumas; ir šis požiūris yra tinkamas ir tinkamas daugelyje kasdienio gyvenimo situacijų.

Tačiau kai kuriuos makroskopinio pasaulio reiškinius galima paaiškinti tik tuo atveju, jei atsižvelgiama į mikroskopines medžiagos savybes.

Mikroskopiniu požiūriu atsižvelgiama į medžiagos molekulinę ir atominę struktūrą. Skirtingai nuo makroskopinio požiūrio, šioje skalėje yra granuliuota struktūra su tarpais ir tarpais tarp molekulių, atomų ir net jų viduje.

Kita mikroskopinio fizikos požiūrio ypatybė yra ta, kad materijos gabalą, kad ir kokį mažą jis būtų, sudaro milžiniškas daugybė dalelių, atskirtų vienas nuo kito ir nuolat judančių.

- Reikalas yra didžiulė tuštuma

Mažame dalyke atstumas tarp atomų yra milžiniškas, palyginti su jų dydžiu, tačiau, savo ruožtu, atomai yra milžiniški, palyginti su jų pačių branduoliais, kur susikaupia 99,99% masės.

Tai yra, medžiagos gabalas mikroskopiniu mastu yra didžiulis vakuumas, kurio atomų ir branduolių koncentracijos užima labai mažą viso tūrio dalį. Šia prasme mikroskopinė skalė yra panaši į astronominę skalę.

Nuo makroskopinių objektų iki atomo atradimo

Pirmieji chemikai, kurie buvo alchemikai, suprato, kad medžiagos gali būti dviejų rūšių: grynos arba sudėtinės. Taigi kilo cheminių elementų idėja.

Pirmieji aptikti cheminiai elementai buvo septyni senovės metalai: sidabras, auksas, geležis, švinas, alavas, varis ir gyvsidabris. Laikui bėgant buvo rasta daugiau medžiagų, nes buvo rasta medžiagų, kurių nebuvo įmanoma suskaidyti į kitus.

Tada elementai buvo klasifikuojami pagal jų savybes ir savybes metaluose ir nemetaluose. Visi tie, kurie turėjo panašias savybes ir cheminį giminingumą, buvo sugrupuoti tame pačiame stulpelyje ir taip atsirado periodinė elementų lentelė.

2 pav. Periodinė elementų lentelė. Šaltinis: „wikimedia commons“.

Iš elementų buvo pakeista atomų idėja, žodis, reiškiantis nedalomą. Neilgai trukus mokslininkai suprato, kad atomai turi struktūrą. Be to, atomai turėjo dviejų tipų elektrinį krūvį (teigiamą ir neigiamą).

Subatominės dalelės

Rutherfordo eksperimentuose, kuriuose jis bombardavo plonos aukso plokštelės atomus su alfa dalelėmis, buvo atskleista atomo struktūra: mažas teigiamas branduolys, apsuptas elektronų.

Atomai buvo bombarduojami vis daugiau ir daugiau energijos dalelių ir vis dar yra daromi tam, kad mažesniame ir mažesniame maste galėtų išsiaiškinti mikroskopinio pasaulio paslaptis ir savybes.

Tokiu būdu buvo pasiektas standartinis modelis, kuriame nustatyta, kad tikrosios elementariosios dalelės yra tos, iš kurių sudaryti atomai. Savo ruožtu iš atomų atsiranda elementai, šie junginiai ir visos žinomos sąveikos (išskyrus gravitaciją). Iš viso yra 12 dalelių.

Šios pagrindinės dalelės taip pat turi periodinę lentelę. Yra dvi grupės: ½ verpstės fermioninės dalelės ir bozoninės. Bosonai yra atsakingi už sąveiką. Fermionikų yra 12 ir jie sukelia protonus, neutronus ir atomus.

3 pav. Pagrindinės dalelės. Šaltinis: „wikimedia commons“.

Kaip suskaičiuoti daleles mikroskopiniu mastu?

Laikui bėgant, atlikdami tikslius cheminių reakcijų matavimus, chemikai atrado santykinę elementų masę. Pavyzdžiui, buvo nustatyta, kad anglis yra 12 kartų sunkesnė už vandenilį.

Taip pat buvo nustatyta, kad vandenilis yra lengviausias elementas, todėl šiam elementui buvo paskirta santykinė masė 1.

Kita vertus, chemikai turėjo žinoti reakcijoje dalyvaujančių dalelių skaičių, kad neliktų jokio reagento ar jo trūktų. Pavyzdžiui, vandens molekulė reikalauja dviejų vandenilio atomų ir vieno deguonies.

Iš šių protėvių gimsta apgamo sąvoka. Bet kurios medžiagos molis yra fiksuotas dalelių skaičius, lygus jos molekulinei ar atominei masei gramais. Taigi buvo nustatyta, kad 12 gramų anglies turi tokį patį dalelių skaičių kaip 1 gramas vandenilio. Šis skaičius žinomas kaip Avogadro skaičius: 6,02 x 10 ^ 23 dalelės.

- 1 pavyzdys

Apskaičiuokite, kiek aukso atomų yra 1 grame aukso.

Sprendimas

Yra žinoma, kad aukso atominis svoris yra 197. Šie duomenys gali būti rasti periodinėje lentelėje ir rodo, kad aukso atomas yra 197 kartus sunkesnis už vandenilį ir 197/12 = 16 416 kartų sunkesnis už anglį.

Vienas aukso molas turi 6,02 × 10 ^ 23 atomus ir turi atominį svorį gramais, tai yra 197 gramai.

Viename grame aukso yra 1/197 molinių auksų, tai yra 6,02 × 10 ^ 23 atomai / 197 = 3,06 x10 ^ 23 aukso atomų.

- 2 pavyzdys

Nustatykite kalcio karbonato (CaCO ₃ ) molekulių skaičių 150 gramų šios medžiagos. Taip pat nurodykite, kiek kalcio atomų, kiek anglies ir kiek deguonies yra šiame junginyje.

Sprendimas

Pirmiausia reikia nustatyti kalcio karbonato molekulinę masę. Periodinėje lentelėje nurodoma, kad kalcio molekulinė masė yra 40 g / mol, anglies - 12 g / mol, o deguonies - 16 g / mol.

Tada (CaCO ₃ ) molekulinė masė bus:

40 g / mol + 12 g / mol + 3 x 16 g / mol = 100 g / mol

Kas 100 gramų kalcio karbonato yra 1 mol. Taigi 150 gramų jie atitinka 1,5 molio.

Kiekviename karbonato molyje yra 6,02 x 10 ^ 23 karbonato molekulių, taigi 1,5 molyje karbonato yra 9,03 x 10 ^ 23 molekulių.

Trumpai tariant, 150 gramų kalcio karbonato yra:

- 9,03 x 10 ^ 23 molekulės kalcio karbonato.

- Kalcio atomai: 9,03 x 10 ^ 23.

- Taip pat 9,03 x 10 ^ 23 anglies atomų

- Pagaliau 3 x 9,03 x 10 ^ 23 deguonies atomai = 27,09 x 10 ^ 23 deguonies atomai.

Nuorodos

1. Taikomoji biologija. Kokie yra mikroskopiniai matavimai? Atkurta iš: youtube.com
2. Cheminis išsilavinimas. Makroskopiniai, submikroskopiniai ir simboliniai materijos vaizdai. Atkurta iš: scielo.org.mx.
3. García A. Interaktyvus fizikos kursas. Makro būsenos, mikrostatai. Temperatūra, entropija. Atkurta iš: sc.ehu.es
4. Medžiagos mikroskopinė struktūra. Atkurta iš: alipso.com
5. Vikipedija. Mikroskopinis lygis. Atkurta iš: wikipedia.com