MIKROSZKOPIKUS SKÁLA: TULAJDONSÁGOK, RÉSZECSKÉK SZÁMLÁLÁSA, PÉLDÁK - FIZIKAI - 2026

A mikroszkopikus skála olyan méret és hosszúság mérésére szolgál, amelyet szabad szemmel nem lehet megtekinteni, és amelynek hossza egy milliméter alatt van. A legmagasabbtól a legalacsonyabbig a metrikus rendszer mikroszkopikus skálái a következők:

- A milliméter (1 mm), amely centiméter tizede vagy méter ezrednegye. Ebben a méretarányban van a test egyik legnagyobb sejtje, a petesejt, amelynek mérete 1,5 mm.

1. ábra: A vörösvértestek mikroszkopikus méretű sejtek. Forrás: pixabay

- A tizedmilliméter (0,1 mm). Ez az emberi haj vastagságának vagy átmérőjének skála.

- A mikrométer vagy mikron (1μm = 0,001 mm). Ezen a skálán vannak növényi és állati sejtek és baktériumok.

A növényi sejtek nagysága 100 μm. Az állati sejtek tízszer kisebbek, 10 μm nagyságrendű; míg a baktériumok tízszer kisebbek, mint az állati sejtek, és 1 μm nagyságrendűek.

Nano skála

Vannak olyan mérések, amelyek még a mikroszkópos skálánál is kisebbek, de ezeket általában nem használják, kivéve néhány speciális összefüggésben. Itt láthatjuk a legfontosabb nanometrikus méréseket:

- A nanométer (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) milliméter egymilliomodója. Ezen a skálán vannak néhány vírus és molekula. A vírusok 10 m, a molekulák pedig 1 m.

- Az angstróma (1Å = 0,1ηm = 0,0001μm = ^10-7 mm). Ez a mérés képezi a skálát vagy az atomméretet.

- A fantomométer (1 fm = 0,00001Å = 0,000001ηm = ^10-12 mm). Ez az atommagok skála, amelyek 10 000 és 100 000-szer kisebbek, mint az atom. Kis méretének ellenére azonban a sejtmag az atomtömeg 99,99% -át koncentrálja.

- Kisebb léptékek vannak, mint az atommag, mivel ezek olyan részecskékből állnak, mint például protonok és neutronok. De van még: ezek a részecskék viszont alapvetőbb részecskékből, például kvarkokból állnak.

Mikroszkópos megfigyelő műszerek

Amikor a tárgyak a milliméter és a mikrométer skálák között vannak (1 mm - 0,001 mm), optikai mikroszkóppal megfigyelhetők.

Ha azonban az objektumok vagy struktúrák nanométerek és angstrómok között vannak, akkor elektronmikroszkópokra vagy nanoszkópokra lesz szükség.

Az elektronmikroszkópos vizsgálatban a fény helyett nagy energiájú elektronokat használnak, amelyek sokkal rövidebb hullámhosszúak, mint a fény. Az elektronmikroszkóp hátránya, hogy az élő mintákat nem lehet beletenni, mert vákuumban működik.

Ehelyett a nanoszkóp lézerfényt használ, és azzal az előnnyel rendelkezik, hogy az elektronmikroszkópiával szemben az élő sejtben levő szerkezetek és molekulák megnézhetők és marathatók.

A nanotechnológia az a technológia, amellyel áramköreket, szerkezeteket, alkatrészeket és akár motorokat gyártanak a nanométertől az atomi skálaig terjedő skálán.

Mikroszkopikus tulajdonságok

A fizikában az első közelítésben az anyag és a rendszerek viselkedését a makroszkopikus szempontból vizsgálják. Ebből a paradigmából az anyag egy végtelenül osztható folytonosság; és ez a szempont érvényes és megfelelő mindennapi életben.

A makroszkopikus világban azonban néhány jelenség csak akkor magyarázható, ha az anyag mikroszkopikus tulajdonságait figyelembe vesszük.

Mikroszkopikus szempontból figyelembe veszik az anyag molekuláris és atomi szerkezetét. A makroszkopikus megközelítéstől eltérően ezen a skálán létezik egy granulált szerkezet, amelyben rések és terek vannak a molekulák, atomok és akár azok között is.

A fizikában a mikroszkopikus szempont másik jellemzője az, hogy egy anyagdarab, függetlenül attól, hogy kicsi is, hatalmas számú, egymástól elválasztott és folyamatos mozgásban lévő részecskéből áll.

- Az anyag hatalmas üresség

Egy kis anyagdarabban az atomok közötti távolság hatalmas a méretükhöz képest, viszont az atomok hatalmasak, ha a saját magjukhoz viszonyulnak, ahol a tömeg 99,99% -a koncentrálódik.

Vagyis a mikroszkopikus méretű anyag egy hatalmas vákuum, atomok és atommagok koncentrációjával, amelyek a teljes térfogat nagyon kis részét foglalják el. Ebben az értelemben a mikroszkopikus skála hasonló a csillagászati ​​skálához.

A makroszkopikus tárgyaktól az atom felfedezéséig

Az első kémikusok, akik alkimisták voltak, rájöttek, hogy az anyagok kétféle lehetnek: tiszta vagy vegyes anyagok. Így érkezett a kémiai elemek gondolata.

Az első kémiai elemek, amelyeket az antikvitás hét féme fedeztek fel: ezüst, arany, vas, ólom, ón, réz és higany. Idővel többet fedeztek fel, mivel olyan anyagokat találtak, amelyek nem bonthatók másokba.

Ezután az elemeket tulajdonságaik és fémek és nemfémek tulajdonságai szerint osztályozták. Azokat, amelyek hasonló tulajdonságokkal és kémiai affinitással rendelkeztek, ugyanabba az oszlopba csoportosítottuk, így létrejött az elemek periódusos táblázata.

2. ábra. Az elemek periódusos rendszere. Forrás: wikimedia commons.

Az elemek közül megváltozott az atomok elképzelése, ez egy szó, amely oszthatatlanul jelent. Röviddel később a tudósok rájöttek, hogy az atomoknak szerkezete van. Ezenkívül az atomoknak kétféle elektromos töltése volt (pozitív és negatív).

Szubatomi részecskék

Rutherford kísérleteiben, amelyekben egy vékony aranylemez atomjait bombázták alfa-részecskékkel, felfedezték az atom szerkezetét: egy kis pozitív magot, amelyet elektronok vesznek körül.

Az atomokat egyre több energiaszemcsével bombázták és ez még mindig folyamatban van annak érdekében, hogy egyre kisebb méretben megismerjék a mikroszkopikus világ titkait és tulajdonságait.

Ily módon elérte a standard modellt, amelyben megállapítást nyer, hogy a valódi elemi részecskék azok, amelyekből az atomok állnak. Az atomok viszont elemeket generálnak, ezek vegyületeket és minden ismert kölcsönhatást (kivéve a gravitációt). Összesen 12 részecske van.

Ezeknek az alapvető részecskéknek periodikus táblázata is van. Két csoport van: az ½-spin fermion részecskék és a bosonic részecskék. A kölcsönhatásokért a bozonok felelősek. A fermionok 12 és azok, amelyek protonokat, neutronokat és atomokat hoznak létre.

3. ábra. Alapvető részecskék. Forrás: wikimedia commons.

Hogyan lehet mikroszkopikus skálán megszámolni a részecskéket?

Az idő múlásával a kémikusok a kémiai reakciókban végzett pontos mérések során felfedezték az elemek relatív tömegét. Így például azt állapítottuk meg, hogy a szén tízszer nehezebb, mint a hidrogén.

A hidrogént a legkönnyebb elemnek is meghatározta, tehát ennek az elemnek az 1 relatív tömege lett.

Másrészt a vegyészeknek tudniuk kellett a reakcióban részt vevő részecskék számát, hogy egyetlen reagens sem maradjon le vagy hiányzik. Például egy vízmolekulához két hidrogénatomra és egy oxigénre van szükség.

Ezekből az előzményekből származik a vakond fogalma. Bármely anyag mólja egy rögzített számú részecske, amely egyenértékű annak molekulatömegével vagy atomtömegével grammban. Így megállapítottuk, hogy 12 gramm szénnek annyi részecske van, mint 1 gramm hidrogénnek. Ezt a számot Avogadro számának nevezik: 6,02 x 10 ^ 23 részecskék.

- 1. példa

Számítsa ki, hogy hány aranyat tartalmaz 1 grammban az arany.

Megoldás

Az arany atomtömege ismert, hogy 197. Ezek az adatok megtalálhatók a periódusos táblázatban, és azt jelzik, hogy az aranyatom 197-szer nehezebb, mint a hidrogén, és 197/12 = 16,416-szor nehezebb, mint a szén.

Egy mol arany 6,02 × 10 ^ 23 atommal rendelkezik, és atomtömege grammban, azaz 197 grammban van.

Egy arany grammban 1/197 mol arany van, azaz 6,02 × 10 ^ 23 atom / 197 = 3,06 x10 ^ 23 arany atom.

- 2. példa

Határozzuk meg a kalcium-karbonát (CaCO ₃) molekuláinak számát 150 g anyagban. Mondja el azt is, hogy hány kalcium-atom, hány szén és hány oxigént tartalmaz ebben a vegyületben.

Megoldás

Az első lépés a kalcium-karbonát molekulatömegének meghatározása. A periódusos táblázat azt mutatja, hogy a kalcium molekulatömege 40 g / mol, a szén 12 g / mol és az oxigén 16 g / mol.

Akkor a (CaCO ₃) molekulatömege:

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

Minden 100 g kalcium-karbonát 1 mol. Tehát 150 grammban 1,5 molnak felel meg.

Minden mól karbonát 6,02 x 10 ^ 23 karbonát molekulával rendelkezik, tehát 1,5 mól karbonátban 9,03 x 10 ^ 23 molekula van.

Röviden: 150 gramm kalcium-karbonátban vannak:

- 9,03 x 10 ^ 23 molekula kalcium-karbonát.

- Kalcium-atomok: 9,03 x 10 ^ 23.

- Szintén 9,03 x 10 ^ 23 szénatom

- Végül 3 x 9,03 x 10 ^ 23 oxigénatom = 27,09 x 10 ^ 23 oxigénatom.

Irodalom

1. Alkalmazott biológia. Mik a mikroszkópos mérések? Helyreállítva: youtube.com
2. Kémiai oktatás. Az anyag makroszkopikus, szubmikroszkópos és szimbolikus ábrázolása. Helyreállítva: scielo.org.mx.
3. García A. Interaktív fizika tanfolyam. Makroállapotok, mikrosztátok. Hőmérséklet, entrópia. Helyreállítva: sc.ehu.es
4. Az anyag mikroszkopikus szerkezete. Helyreállítva: alipso.com
5. Wikipedia. Mikroszkopikus szint. Helyreállítva: wikipedia.com