MIKROSKOPISK SKALA: EGENSKAPER, TELLENDE PARTIKLER, EKSEMPLER - FYSISK - 2025

Den mikroskopiske skalaen er en som brukes til å måle størrelser og lengder som ikke kan sees med det blotte øye og som er under en millimeter i lengde. Fra høyeste til laveste er de mikroskopiske skalaene i det metriske systemet:

- Millimeteren (1 mm), som er en tidels centimeter eller en tusendels meter. I denne skalaen har vi en av de største cellene i kroppen, som er egget, hvis størrelse er 1,5 mm.

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

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

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

Plantecellene er i størrelsesorden 100μm. Dyreceller er ti ganger mindre, det er i størrelsesorden 10μm; mens bakterier er 10 ganger mindre enn dyreceller og er i størrelsesorden 1 um.

Nano skala

Det er målinger som er enda mindre enn den mikroskopiske skalaen, men de brukes ikke ofte bortsett fra i noen spesielle sammenhenger. Her vil vi se noen av de viktigste nanometriske målingene:

- Nanometeret (1 ηm = 0,001 um = 0,000001 mm) er en milliondel av en millimeter. På denne skalaen er det noen virus og molekyler. Virus er i størrelsesorden 10 m og molekyler i størrelsesorden 1 m.

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

- Fantometometeret (1fm = 0,00001 Å = 0,000001 ηm = 10 ^-12 mm). Dette er skalaen til atomkjerner, som er mellom 10.000 og 100.000 ganger mindre enn atomet. Til tross for den lille størrelsen, konsentrerer kjernen imidlertid 99,99% av atommassen.

- Det er mindre skalaer enn atomkjernen, siden disse består av partikler som protoner og nøytroner. Men det er mer: disse partiklene består igjen av mer grunnleggende partikler som kvarker.

Instrumenter for mikroskopisk observasjon

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

Imidlertid, hvis gjenstandene eller strukturene er mellom nanometre og Ångstrømmer, vil elektronmikroskop eller nanoskop kreves.

I elektronmikroskopi brukes i stedet for lys høyenergi-elektroner som har mye kortere bølgelengde enn lys. Ulempen med elektronmikroskopet er at det ikke er mulig å plassere levende prøver i det fordi det fungerer under vakuum.

I stedet bruker nanoskopet laserlys, og det har fordelen fremfor elektronmikroskopi at strukturene og molekylene i en levende celle kan sees og etses.

Nanoteknologi er teknologien som kretser, strukturer, deler og til og med motorer produseres på skalaer fra nanometer til atomskala.

Mikroskopiske egenskaper

I fysikk studeres i en første tilnærming atferden til materie og systemer fra makroskopisk synspunkt. Fra dette paradigmesaken er et uendelig delbart kontinuum; og dette synspunktet er gyldig og passende for mange situasjoner i hverdagen.

Noen fenomener i den makroskopiske verdenen kan imidlertid bare forklares hvis materiens mikroskopiske egenskaper tas i betraktning.

I mikroskopisk synspunkt tas stoffets molekylære og atomstruktur i betraktning. I motsetning til den makroskopiske tilnærmingen er det i denne skalaen en granulær struktur med mellomrom og mellomrom mellom molekyler, atomer og til og med i dem.

Det andre kjennetegn ved det mikroskopiske synspunktet i fysikken er at et stykke, uansett hvor lite det er, er sammensatt av et enormt antall partikler atskilt fra hverandre og i kontinuerlig bevegelse.

-Saken er et enormt tomrom

I et lite stykke materie er avstanden mellom atomer enorm når man sammenligner med størrelsen, men igjen er atomene enorme sammenlignet med deres egne kjerner, der 99,99% av massen er konsentrert.

Det vil si at et stykke materiale i mikroskopisk skala er et enormt vakuum med konsentrasjoner av atomer og kjerner som opptar en veldig liten brøkdel av det totale volumet. I denne forstand er den mikroskopiske skalaen lik den astronomiske skalaen.

Fra makroskopiske gjenstander til oppdagelsen av atomet

De første kjemikerne, som var alkymistene, innså at materialene kunne være av to typer: ren eller sammensatt. Dermed ble ideen om kjemiske elementer kommet frem til.

De første kjemiske elementene som ble oppdaget var de syv metaller fra antikken: sølv, gull, jern, bly, tinn, kobber og kvikksølv. Over tid ble flere oppdaget da det ble funnet stoffer som ikke kunne spaltes til andre.

Deretter ble elementene klassifisert etter deres egenskaper og egenskaper i metaller og ikke-metaller. Alle de som hadde lignende egenskaper og kjemisk affinitet ble gruppert i samme kolonne, og dermed oppstod periodiske tabeller over elementene.

Figur 2. Periodisk oversikt over elementene. Kilde: wikimedia commons.

Fra elementene ble ideen om atomer endret, et ord som betyr udelelige. En kort tid senere innså forskere at atomer hadde en struktur. I tillegg hadde atomene to typer elektrisk ladning (positiv og negativ).

Subatomiske partikler

I Rutherfords eksperimenter der han bombarderte atomene i en tynn gullplate med alfapartikler, ble strukturen til atomet avslørt: en liten positiv kjerne omgitt av elektroner.

Atomer ble bombardert med mer og mer energipartikler og gjøres fremdeles for å avdekke hemmelighetene og egenskapene til den mikroskopiske verdenen i mindre og mindre skala.

På denne måten ble standardmodellen nådd, der det er fastslått at de sanne elementære partikler er de som atomer består av. I sin tur gir atomer opphav til elementer, disse til forbindelser og til alle kjente interaksjoner (unntatt gravitasjon). Totalt er det 12 partikler.

Disse grunnleggende partiklene har også sin periodiske tabell. Det er to grupper: de ½-spinnede fermioniske partiklene og de bosoniske. Bosonene er ansvarlige for interaksjonene. Fermionikken er 12 og er de som gir opphav til protoner, nøytroner og atomer.

Figur 3. Fundamentale partikler. Kilde: wikimedia commons.

Hvordan telle partikler i mikroskopisk skala?

Over tid oppdaget kjemikere de relative massene til elementene fra presise målinger i kjemiske reaksjoner. Således ble det for eksempel bestemt at karbon er 12 ganger tyngre enn hydrogen.

Hydrogen ble også bestemt å være det letteste elementet, så dette elementet ble tildelt relativ masse 1.

På den annen side krevde kjemikere å vite antall partikler som er involvert i en reaksjon, slik at ingen reagens er over eller mangler. Et vannmolekyl krever for eksempel to hydrogenatomer og ett oksygen.

Fra disse forfedrene er begrepet føflekk født. En mol av ethvert stoff er et fast antall partikler som tilsvarer dens molekylære eller atommasse i gram. Dermed ble det bestemt at 12 gram karbon har samme antall partikler som 1 gram hydrogen. Dette tallet er kjent som Avogadros nummer: 6,02 x 10 ^ 23 partikler.

-Eksempel 1

Beregn hvor mange gullatomer som er i 1 gram gull.

Løsning

Det er kjent at gull har en atomvekt på 197. Disse dataene finnes på det periodiske systemet og indikerer at et gullatom er 197 ganger tyngre enn hydrogen og 197/12 = 16,416 ganger tyngre enn karbon.

En mol gull har 6,02 × 10 ^ 23 atomer og har atomvekten i gram, det vil si 197 gram.

I et gram gull er det 1/197 mol gull, det vil si 6,02 × 10 ^ 23 atomer / 197 = 3,06 x 10 ^ 23 gullatomer.

-Eksempel 2

Bestem antall molekyler kalsiumkarbonat (CaCO ₃ ) i 150 gram av dette stoffet. Fortell også hvor mange kalsiumatomer, hvor mange karbon og hvor mange oksygen som er i denne forbindelsen.

Løsning

Den første tingen å gjøre er å bestemme molekylmassen til kalsiumkarbonatet. Den periodiske tabellen indikerer at kalsium har en molekylvekt på 40 g / mol, karbon 12 g / mol og oksygen 16 g / mol.

Da vil molekylmassen til (CaCO ₃ ) være:

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

Hver 100 gram kalsiumkarbonat er 1 mol. Så i 150 gram tilsvarer de 1,5 mol.

Hver mol karbonat har 6,02 x 10 ^ 23 karbonatmolekyler, så i 1,5 mol karbonat er det 9,03 x 10 ^ 23 molekyler.

Kort sagt, i 150 gram kalsiumkarbonat er det:

- 9,03 x 10 ^ 23 molekyler kalsiumkarbonat.

- Kalsiumatomer: 9,03 x 10 ^ 23.

- Også 9,03 x 10 ^ 23 karbonatomer

- Til slutt 3 x 9,03 x 10 ^ 23 oksygenatomer = 27,09 x 10 ^ 23 oksygenatomer.

referanser

1. Anvendt biologi. Hva er de mikroskopiske målingene? Gjenopprettet fra: youtube.com
2. Kjemisk utdanning. Makroskopiske, submikroskopiske og symbolske fremstillinger om materie. Gjenopprettet fra: scielo.org.mx.
3. García A. Interaktivt fysikkurs. Makrostater, mikrostater. Temperatur, Entropi. Gjenopprettet fra: sc.ehu.es
4. Stoffets mikroskopiske struktur. Gjenopprettet fra: alipso.com
5. Wikipedia. Mikroskopisk nivå. Gjenopprettet fra: wikipedia.com