MIKROSKOPISK SKALA: EGENSKABER, TÆLLENDE PARTIKLER, EKSEMPLER - FYSISK - 2025

Den mikroskopiske skala er en, der bruges til at måle størrelser og længder, der ikke kan ses med det blotte øje, og som er under en millimeter i længden. Fra det højeste til det laveste er de mikroskopiske skalaer i det metriske system:

- Millimeter (1 mm), som er en tiendedel af en centimeter eller en tusindedel af en meter. I denne skala har vi en af ​​de største celler i kroppen, som er æg, hvis størrelse er 1,5 mm.

Figur 1. Røde blodlegemer er celler i mikroskopisk skala. Kilde: pixabay

- Den tiende af en millimeter (0,1 mm). Dette er skalaen på tykkelsen eller diameteren af ​​et menneskehår.

- Mikrometer eller mikron (1 um = 0,001 mm). På denne skala er plante- og dyreceller og bakterier.

Plante celler er i størrelsesordenen 100μm. Dyreceller er ti gange mindre, det er i størrelsesordenen 10μm; mens bakterier er 10 gange mindre end dyreceller og er i størrelsesordenen 1 um.

Nano skala

Der er målinger, der er endnu mindre end den mikroskopiske skala, men de bruges ikke almindeligt undtagen i nogle specielle sammenhænge. Her vil vi se nogle af de vigtigste nanometriske målinger:

- Nanometeret (1 ηm = 0,001 um = 0,000001 mm) er en milliondel af en millimeter. På denne skala er der nogle vira og molekyler. Vira er i størrelsesordenen 10 m og molekyler i størrelsesordenen 1 m.

- Angstrom (1Å = 0,1 ηm = 0,0001 μm = ^10-7 mm). Denne måling danner skalaen eller atomstørrelsen.

- Den phantomometer (1FM = 0.00001Å = 0.000001ηm = 10 ^-12 mm). Dette er skalaen for atomkerner, der er mellem 10.000 og 100.000 gange mindre end atomet. På trods af sin lille størrelse koncentrerer kernen imidlertid 99,99% af atommassen.

- Der er mindre skalaer end atomkernen, da disse består af partikler som protoner og neutroner. Men der er mere: disse partikler består igen af ​​mere grundlæggende partikler såsom kvarker.

Instrumenter til mikroskopisk observation

Når genstande er mellem millimeter og mikrometer skala (1 mm - 0,001 mm), kan de observeres med et optisk mikroskop.

Hvis objekter eller strukturer imidlertid er mellem nanometer og angstrøm, er elektronmikroskop eller nanoskop krævet.

I elektronmikroskopi bruges i stedet for lys højenergi-elektroner, der har en meget kortere bølgelængde end lys. Ulempen med elektronmikroskopet er, at det ikke er muligt at placere levende prøver i det, fordi det fungerer under vakuum.

I stedet bruger nanoskopet laserlys, og det har fordelen i forhold til elektronmikroskopi, at strukturer og molekyler i en levende celle kan ses og ætses.

Nanoteknologi er den teknologi, hvormed kredsløb, strukturer, dele og endda motorer fremstilles i skalaer, der spænder fra nanometer til atomskala.

Mikroskopiske egenskaber

I fysik studeres i en første tilnærmelse opførsel af stof og systemer fra det makroskopiske synspunkt. Fra dette paradigme er materien et uendeligt deleligt kontinuum; og dette synspunkt er gyldigt og passende i mange situationer i hverdagen.

Nogle fænomener i den makroskopiske verden kan imidlertid kun forklares, hvis der tages hensyn til de mikroskopiske egenskaber ved materie.

I mikroskopisk synspunkt tages materialets molekylære og atomære struktur i betragtning. I modsætning til den makroskopiske tilgang er der på denne skala en granulær struktur med mellemrum og mellemrum mellem molekyler, atomer og endda inden i dem.

Det andet kendetegn ved det mikroskopiske synspunkt i fysikken er, at et stykke stof, uanset hvor lille det er, består af et enormt antal partikler adskilt fra hinanden og i kontinuerlig bevægelse.

-Sagen er et enormt tomrum

I et lille stykke stof er afstanden mellem atomer enorm i sammenligning med deres størrelse, men atomerne er til gengæld enorme sammenlignet med deres egne kerner, hvor 99,99% af massen er koncentreret.

Det vil sige, et stykke stof i mikroskopisk skala er et enormt vakuum med koncentrationer af atomer og kerner, der optager en meget lille brøkdel af det samlede volumen. I denne forstand ligner den mikroskopiske skala den astronomiske skala.

Fra makroskopiske objekter til opdagelsen af ​​atomet

De første kemikere, der var alkymisterne, indså, at materialerne kunne være af to typer: ren eller sammensat. Dermed blev ideen om kemiske elementer nået frem til.

De første kemiske elementer, der blev opdaget, var de syv metaller fra antikken: sølv, guld, jern, bly, tin, kobber og kviksølv. Med tiden blev der opdaget mere, da der blev fundet stoffer, der ikke kunne nedbrydes til andre.

Derefter blev elementerne klassificeret efter deres egenskaber og egenskaber i metaller og ikke-metaller. Alle dem, der havde lignende egenskaber og kemisk affinitet, blev grupperet i den samme søjle, og således opstod den periodiske tabel af elementerne.

Figur 2. Periodisk tabel over elementerne. Kilde: wikimedia commons.

Fra elementerne blev ideen om atomer ændret, et ord, der betyder udelelige. En kort tid senere indså videnskabsmænd, at atomer havde en struktur. Derudover havde atomerne to typer elektrisk ladning (positiv og negativ).

Subatomiske partikler

I Rutherfords eksperimenter, hvor han bombede atomerne i en tynd guldplade med alfa-partikler, blev strukturen af ​​atomet afsløret: en lille positiv kerne omgivet af elektroner.

Atomer blev bombarderet med mere og mere energipartikler og gøres stadig for at afsløre hemmelighederne og egenskaberne i den mikroskopiske verden i mindre og mindre skala.

På denne måde nås standardmodellen, hvor det konstateres, at de sande elementære partikler er dem, som atomer er sammensat af. Til gengæld giver atomer anledning til elementer, disse til forbindelser og til alle kendte interaktioner (undtagen gravitation). I alt er der 12 partikler.

Disse grundlæggende partikler har også deres periodiske tabel. Der er to grupper: ½-spin fermioniske partikler og de bosoniske. Bosonerne er ansvarlige for interaktionerne. Fermionikken er 12 og er dem, der giver anledning til protoner, neutroner og atomer.

Figur 3. Grundlæggende partikler. Kilde: wikimedia commons.

Hvordan tæller du partikler i mikroskopisk skala?

Over tid opdagede kemikere elementernes relative masse fra nøjagtige målinger i kemiske reaktioner. Således blev det for eksempel bestemt, at carbon er 12 gange tungere end brint.

Hydrogen blev også bestemt til at være det letteste element, så dette element blev tildelt relativ masse 1.

På den anden side krævede kemikere at vide antallet af partikler involveret i en reaktion, så intet reagens er overstået eller mangler. For eksempel kræver et vandmolekyle to hydrogenatomer og et ilt.

Fra disse forfødte fødes begrebet mole. En mol af ethvert stof er et fast antal partikler, der er ækvivalent med dets molekylære eller atommasse i gram. Det blev således bestemt, at 12 gram carbon har det samme antal partikler som 1 gram hydrogen. Dette nummer er kendt som Avogadros nummer: 6,02 x 10 ^ 23 partikler.

-Eksempel 1

Beregn, hvor mange guldatomer der er i 1 gram guld.

Løsning

Guld er kendt for at have en atomvægt på 197. Disse data findes på det periodiske system og indikerer, at et guldatom er 197 gange tungere end brint og 197/12 = 16.416 gange tungere end kulstof.

En mol guld har 6,02 × 10 ^ 23 atomer og har atomvægten i gram, det vil sige 197 gram.

I et gram guld er der 1/197 mol guld, det vil sige 6,02 × 10 ^ 23 atomer / 197 = 3,06 x 10 ^ 23 guldatomer.

-Eksempel 2

Bestemm antallet af molekyler af calciumcarbonat (CaCO ₃) i 150 gram af dette stof. Fortæl også hvor mange calciumatomer, hvor mange kulstof og hvor mange ilt der er i denne forbindelse.

Løsning

Den første ting at gøre er at bestemme molekylmassen af ​​calciumcarbonatet. Den periodiske tabel viser, at calcium har en molekylvægt på 40 g / mol, carbon 12 g / mol og oxygen 16 g / mol.

Derefter vil molekylmassen af ​​(CaCO ₃) være:

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

Hver 100 gram calciumcarbonat er 1 mol. Så i 150 gram svarer de til 1,5 mol.

Hver mol carbonat har 6,02 x 10 ^ 23 carbonatmolekyler, så i 1,5 mol carbonat er der 9,03 x 10 ^ 23 molekyler.

Kort sagt, i 150 gram calciumcarbonat er der:

- 9,03 x 10 ^ 23 molekyler af calciumcarbonat.

- Calciumatomer: 9,03 x 10 ^ 23.

- Også 9,03 x 10 ^ 23 carbonatomer

- Endelig 3 x 9,03 x 10 ^ 23 oxygenatomer = 27,09 x 10 ^ 23 oxygenatomer.

Referencer

1. Anvendt biologi. Hvad er de mikroskopiske målinger? Gendannes fra: youtube.com
2. Kemisk uddannelse. Makroskopiske, submikroskopiske og symboliske repræsentationer for stof. Gendannes fra: scielo.org.mx.
3. García A. Kursus i interaktiv fysik. Makrostater, mikrostater. Temperatur, Entropi. Gendannes fra: sc.ehu.es
4. Stoffets mikroskopiske struktur. Gendannes fra: alipso.com
5. Wikipedia. Mikroskopisk niveau. Gendannet fra: wikipedia.com