MIKROSKOPISKĀ SKALA: ĪPAŠĪBAS, DAĻIŅU SKAITĪŠANA, PIEMĒRI - FIZISKĀ - 2025

Mikroskopiskās skala ir viens, kas tiek izmantots, lai noteiktu izmēru un garumu, ko nevar redzēt ar neapbruņotu aci, un kas ir zem milimetru garumu. No augstākās uz zemāko metriskās sistēmas mikroskopiskās skalas ir:

- milimetru (1 mm), kas ir viena desmitā daļa no centimetra vai tūkstošdaļa metra. Šajā skalā mums ir viena no lielākajām ķermeņa šūnām, kas ir olšūna, kuras izmērs ir 1,5 mm.

1. attēls. Sarkanās asins šūnas ir šūnas mikroskopiskā mērogā. Avots: pixabay

- Milimetra desmitā daļa (0,1 mm). Tas ir cilvēka matu biezuma vai diametra mērogs.

- mikrometrs vai mikrons (1μm = 0,001 mm). Šajā mērogā ir augu un dzīvnieku šūnas un baktērijas.

Augu šūnas ir apmēram 100 μm. Dzīvnieku šūnas ir desmit reizes mazākas, to skaits ir 10 μm; savukārt baktērijas ir 10 reizes mazākas nekā dzīvnieku šūnas un ir 1 μm lielumā.

Nano skala

Ir mērījumi, kas ir pat mazāki par mikroskopisko skalu, bet tos parasti neizmanto, izņemot dažus īpašus kontekstus. Šeit mēs redzēsim dažus no vissvarīgākajiem nanometriskajiem mērījumiem:

- Nanometrs (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) ir viena milimetra daļa. Šajā skalā ir daži vīrusi un molekulas. Vīrusi ir apmēram 10m, bet molekulas - apmēram 1m.

- angstroma (1Å = 0,1ηm = 0,0001μm = 10 ^-7 mm). Šis mērījums veido mērogu vai atomu lielumu.

- fantomometrs (1fm = 0,00001Å = 0,000001ηm = 10 ^-12 mm). Tas ir atomu kodolu mērogs, kas ir no 10 000 līdz 100 000 reižu mazāki par atomu. Tomēr, neskatoties uz nelielo izmēru, kodols koncentrē 99,99% no atoma masas.

- Ir mazāki mērogi nekā atomu kodolā, jo tos veido daļiņas, piemēram, protoni un neitroni. Bet ir arī vairāk: šīs daļiņas savukārt sastāv no fundamentālākām daļiņām, piemēram, kvarkiem.

Instrumenti mikroskopiskai novērošanai

Kad objekti atrodas starp milimetru un mikrometru svariem (1 mm - 0,001 mm), tos var novērot ar optisko mikroskopu.

Tomēr, ja objekti vai struktūras atrodas starp nanometriem un angstromiem, būs nepieciešami elektronu mikroskopi vai nanoskops.

Elektronu mikroskopijā gaismas vietā tiek izmantoti augstas enerģijas elektroni, kuriem ir daudz īsāks viļņa garums nekā gaismai. Elektronu mikroskopa trūkums ir tāds, ka tajā nav iespējams ievietot dzīvus paraugus, jo tas darbojas vakuumā.

Tā vietā nanoskops izmanto lāzera gaismu, un salīdzinājumā ar elektronu mikroskopiju ir priekšrocība, ka dzīvā šūnā esošās struktūras un molekulas var apskatīt un kodināt.

Nanotehnoloģija ir tehnoloģija, ar kuras palīdzību tiek izgatavotas shēmas, struktūras, detaļas un pat motori mērogos, sākot no nanometra līdz atomu skalai.

Mikroskopiskās īpašības

Fizikā pirmajā tuvinājumā matērijas un sistēmu uzvedība tiek pētīta no makroskopiskā viedokļa. No šīs paradigmas jautājums ir bezgalīgi dalāms turpinājums; un šis viedoklis ir derīgs un piemērots daudzām ikdienas dzīves situācijām.

Tomēr dažas parādības makroskopiskajā pasaulē var izskaidrot tikai tad, ja tiek ņemtas vērā vielas mikroskopiskās īpašības.

No mikroskopiskā viedokļa tiek ņemta vērā vielas molekulārā un atomu struktūra. Atšķirībā no makroskopiskās pieejas, šajā mērogā ir granulēta struktūra ar spraugām un atstarpēm starp molekulām, atomiem un pat tajās.

Otra fizikālā mikroskopiskā viedokļa īpašība ir tāda, ka neatkarīgi no tā, cik mazs materiāls ir gabals, sastāv no milzīga skaita daļiņu, kas atdalītas viena no otras un nepārtrauktā kustībā.

-Jautājums ir milzīgs tukšums

Nelielā daļiņā attālums starp atomiem ir milzīgs, salīdzinot ar to lielumu, bet, savukārt, atomi ir milzīgi, salīdzinot ar viņu pašu kodoliem, kur ir koncentrēti 99,99% masas.

Tas ir, vielas gabals mikroskopiskā mērogā ir milzīgs vakuums ar atomu un kodolu koncentrācijām, kas aizņem ļoti nelielu daļu no kopējā tilpuma. Šajā ziņā mikroskopiskā skala ir līdzīga astronomiskajai skalai.

Sākot no makroskopiskiem objektiem un beidzot ar atoma atklāšanu

Pirmie ķīmiķi, kas bija alķīmiķi, saprata, ka materiāli var būt divu veidu: tīri vai salikti. Tādējādi radās ideja par ķīmiskajiem elementiem.

Pirmie atklātie ķīmiskie elementi bija septiņi senatnes metāli: sudrabs, zelts, dzelzs, svins, alva, varš un dzīvsudrabs. Laika gaitā tika atklāts vairāk, jo tika atrastas vielas, kuras nevar sadalīties citos.

Tad elementus klasificēja pēc to īpašībām un īpašībām metālos un nemetālos. Visi tie, kuriem bija līdzīgas īpašības un ķīmiskā afinitāte, tika grupēti tajā pašā kolonnā, un tādējādi parādījās elementu periodiskā tabula.

2. attēls. Elementu periodiskā tabula. Avots: wikimedia commons.

No elementiem tika mainīta atomu ideja - vārds, kas nozīmē nedalāmu. Pēc neilga laika zinātnieki saprata, ka atomiem ir struktūra. Turklāt atomiem bija divu veidu elektriskā lādiņa (pozitīvā un negatīvā).

Subatomiskās daļiņas

Rutherforda eksperimentos, kuros viņš bombardēja plānas zelta plāksnes atomus ar alfa daļiņām, tika atklāta atoma struktūra: neliels pozitīvs kodols, kuru ieskauj elektroni.

Atomi tika bombardēti ar vairāk un vairāk enerģijas daļiņām, un tas joprojām tiek darīts, lai mazākā un mazākā mērogā izprastu mikroskopiskās pasaules noslēpumus un īpašības.

Tādā veidā tika sasniegts standarta modelis, kurā tiek noteikts, ka īstās elementārdaļiņas ir tās, no kurām sastāv atomi. Atomi savukārt rada elementus, savienojumus un visu zināmo mijiedarbību (izņemot gravitāciju). Kopumā ir 12 daļiņas.

Šīm pamata daļiņām ir arī periodiskā tabula. Ir divas grupas: ½-spin fermioniskās daļiņas un bozonās. Par mijiedarbību ir atbildīgi bozoni. Fermioni ir 12 un tie rada protonus, neitronus un atomus.

3. attēls. Pamatdaļiņas. Avots: wikimedia commons.

Kā saskaitīt daļiņas mikroskopiskā mērogā?

Laika gaitā ķīmiķi atklāja elementu relatīvās masas no precīziem mērījumiem ķīmiskās reakcijās. Tā, piemēram, tika noteikts, ka ogleklis ir 12 reizes smagāks par ūdeņradi.

Ūdeņradis arī tika noteikts kā vieglākais elements, tāpēc šim elementam tika piešķirta relatīvā masa 1.

No otras puses, ķīmiķiem bija jāzina reakcijā iesaistīto daļiņu skaits, lai neviens reaģents nebūtu beidzies vai to netrūktu. Piemēram, ūdens molekulai nepieciešami divi ūdeņraža atomi un viens skābeklis.

No šiem priekštečiem dzimis molu jēdziens. Jebkuras vielas mols ir noteikts daļiņu skaits, kas ekvivalents tās molekulārajai vai atomu masai gramos. Tādējādi tika noteikts, ka 12 gramiem oglekļa ir tāds pats daļiņu skaits kā 1 gramam ūdeņraža. Šis skaitlis ir pazīstams kā Avogadro skaitlis: 6,02 x 10 ^ 23 daļiņas.

-Piemērs 1

Aprēķiniet, cik zelta atomu ir 1 gramā zelta.

Risinājums

Zināms, ka zelta atomu svars ir 197. Šie dati ir atrodami periodiskajā tabulā un norāda, ka zelta atoms ir 197 reizes smagāks par ūdeņradi un 197/12 = 16 416 reizes smagāks par oglekli.

Vienā zelta molā ir 6,02 × 10 ^ 23 atomi, un tās atoma svars ir gramos, tas ir, 197 grami.

Zelta gramā ir 1/197 zelta moli, tas ir, 6,02 × 10 ^ 23 atomi / 197 = 3,06 x10 ^ 23 zelta atomi.

-Piemērs 2

Nosaka kalcija karbonāta (CaCO ₃ ) molekulu skaitu 150 gramos šīs vielas. Norādiet arī, cik kalcija atomu, cik oglekļa un cik skābekļa ir šajā savienojumā.

Risinājums

Pirmais, kas jādara, ir noteikt kalcija karbonāta molekulāro masu. Periodiskā tabula norāda, ka kalcija molekulmasa ir 40 g / mol, oglekļa - 12 g / mol un skābekļa - 16 g / mol.

Tad (CaCO ₃ ) molekulmasa būs:

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

Uz katriem 100 gramiem kalcija karbonāta ir 1 mol. Tātad 150 gramos tie atbilst 1,5 moliem.

Katrā karbonāta molā ir 6,02 x 10 ^ 23 karbonāta molekulas, tātad 1,5 mol karbonātā ir 9,03 x 10 ^ 23 molekulas.

Īsāk sakot, 150 gramos kalcija karbonāta ir:

- 9,03 x 10 ^ 23 kalcija karbonāta molekulas.

- Kalcija atomi: 9,03 x 10 ^ 23.

- Arī 9,03 x 10 ^ 23 oglekļa atomi

- visbeidzot, 3 x 9,03 x 10 ^ 23 skābekļa atomi = 27,09 x 10 ^ 23 skābekļa atomi.

Atsauces

1. Lietišķā bioloģija. Kādi ir mikroskopiskie mērījumi? Atgūts no: youtube.com
2. Ķīmiskā izglītība. Makroskopiski, submikroskopiski un simboliski attēlojumi matērijai. Atgūts no: scielo.org.mx.
3. Garsija A. Interaktīvais fizikas kurss. Makro stāvokļi, mikrostati. Temperatūra, entropija. Atgūts no: sc.ehu.es
4. Vielas mikroskopiskā struktūra. Atgūts no: alipso.com
5. Wikipedia. Mikroskopiskais līmenis. Atgūts no: wikipedia.com