MIKROSKOOPPINEN MITTAKAAVA: OMINAISUUDET, HIUKKASTEN LASKEMINEN, ESIMERKIT - FYYSINEN - 2026

Mikroskooppisessa mittakaavassa on yksi, jota käytetään mittaamaan koot ja pituudet, joita ei voi nähdä paljaalla silmällä, ja jotka ovat alle millimetrin pituinen. Suurimmasta alhaimpaan metrijärjestelmän mikroskooppiset asteikot ovat:

- Millimetri (1 mm), joka on yksi kymmenesosa senttimetristä tai tuhannesosa metriä. Tässä mittakaavassa meillä on yksi kehon suurimmista soluista, munasolu, jonka koko on 1,5 mm.

Kuva 1. Punasolut ovat soluja mikroskooppisessa mittakaavassa. Lähde: pixabay

- Kymmenesosa millimetriä (0,1 mm). Tämä on ihmisen hiuksen paksuuden tai halkaisijan mittakaava.

- mikrometri tai mikroni (1μm = 0,001 mm). Tässä mittakaavassa ovat kasvi- ja eläinsolut ja bakteerit.

Kasvisolut ovat luokkaa 100 μm. Eläinsolut ovat kymmenen kertaa pienemmät, se on luokkaa 10 μm; kun taas bakteerit ovat 10 kertaa pienemmät kuin eläinsolut ja ovat luokkaa 1 μm.

Nanomittakaava

On mittoja, jotka ovat jopa pienempiä kuin mikroskooppinen mittakaava, mutta niitä ei käytetä yleisesti paitsi joissain erityisissä tilanteissa. Tässä näemme tärkeimmät nanometriset mittaukset:

- Nanometri (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) on miljoonaosa millimetriä. Tässä mittakaavassa on joitain viruksia ja molekyylejä. Virukset ovat luokkaa 10m ja molekyylit luokkaa 1m.

- Angströma (1Å = 0,1 μm = 0,0001 μm = 10 - ⁷ mm). Tämä mittaus muodostaa asteikon tai atomin koon.

- Phantomometri (1 fm = 0,00001 Ä = 0,000001 μm = 10 - ¹² mm). Tämä on atomiytimien mittakaava, jotka ovat välillä 10 000 - 100 000 kertaa pienemmät kuin atomi. Pienestä koostaan ​​huolimatta ydin keskittää kuitenkin 99,99% atomimassasta.

- Asteikkoja on pienempiä kuin atomin ytimessä, koska ne koostuvat hiukkasista, kuten protoneista ja neutroneista. Mutta on enemmän: nämä hiukkaset koostuvat puolestaan ​​perusteellisemmista hiukkasista, kuten kvarkeista.

Laitteet mikroskooppiseen havaitsemiseen

Kun esineet ovat millimetrin ja mikrometrin asteikon (1 mm - 0,001 mm) välillä, ne voidaan havaita optisella mikroskoopilla.

Jos esineet tai rakenteet ovat kuitenkin nanometrien ja angströmien välillä, vaaditaan elektronimikroskoopit tai nanoskoopit.

Elektronimikroskopiassa valon sijasta käytetään korkean energian elektroneja, joiden aallonpituus on paljon lyhyempi kuin valon. Elektronimikroskoopin haittana on, että siihen ei voida asettaa eläviä näytteitä, koska se toimii tyhjiössä.

Sen sijaan nanoskooppi käyttää laservaloa, ja elektronimikroskopiaan verrattuna on se etu, että elävän solun rakenteita ja molekyylejä voidaan tarkastella ja syövyttää.

Nanoteknologia on tekniikka, jolla piirejä, rakenteita, osia ja jopa moottoreita valmistetaan asteikolla nanometristä atom atomiin.

Mikroskooppiset ominaisuudet

Fysiikassa tutkitaan ensimmäisessä lähestymistavassa aineen ja järjestelmien käyttäytymistä makroskooppisesta näkökulmasta. Tästä paradigmasta johtuen asia on äärettömästi jaettava jatkumo; ja tämä näkökulma on pätevä ja sopiva moniin arjen tilanteisiin.

Jotkut makroskooppisen maailman ilmiöt voidaan kuitenkin selittää vain, jos aineen mikroskooppiset ominaisuudet otetaan huomioon.

Mikroskooppisessa näkökulmassa otetaan huomioon aineen molekyyli- ja atomirakenne. Toisin kuin makroskooppinen lähestymistapa, tässä mittakaavassa on rakeinen rakenne, jossa on aukkoja ja tiloja molekyylien, atomien välillä ja jopa niiden sisällä.

Fysiikan mikroskooppisen näkökulman toinen ominaisuus on, että riippumatta siitä, kuinka pieni aine on, se koostuu valtavasta määrästä hiukkasia, jotka on erotettu toisistaan ​​ja jatkuvassa liikkeessä.

-Aine on valtava tyhjä

Pienessä kappaleessa atomien välinen etäisyys on valtava verrattuna niiden kokoon, mutta atomit puolestaan ​​ovat valtavia verrattuna omiin ytimiin, joissa 99,99% massasta on keskittynyt.

Toisin sanoen mikroskooppisessa mittakaavassa oleva aineosa on valtava tyhjiö, jonka atomien ja ytimien pitoisuudet vievät hyvin pienen osan kokonaistilavuudesta. Tässä mielessä mikroskooppinen mittakaava on samanlainen kuin tähtitieteellinen mittakaava.

Makroskooppisista esineistä atomin löytämiseen

Ensimmäiset kemistit, jotka olivat alkeemikkoja, tajusivat, että materiaaleja voi olla kaksi tyyppiä: puhdasta tai yhdistettä. Näin saatiin aikaan idea kemiallisista elementeistä.

Ensimmäiset löydetyt kemialliset elementit olivat antiikin seitsemää metallia: hopea, kulta, rauta, lyijy, tina, kupari ja elohopea. Ajan myötä löydettiin enemmän, koska löydettiin aineita, joita ei voida hajottaa muihin.

Sitten elementit luokiteltiin niiden ominaisuuksien ja ominaisuuksien mukaan metalleissa ja ei-metalleissa. Kaikki ne, joilla oli samanlaiset ominaisuudet ja kemiallinen affiniteetti, ryhmiteltiin samaan sarakkeeseen, ja siten alkuaineiden jaksollinen taulukko syntyi.

Kuva 2. Elementtien jaksollinen taulukko. Lähde: wikimedia commons.

Elementeistä atomien idea muuttui, sana, joka tarkoittaa jakamatonta. Pian myöhemmin tutkijat huomasivat, että atomilla oli rakenne. Lisäksi atomilla oli kahta tyyppiä sähkövarausta (positiivinen ja negatiivinen).

Atomia pienemmät hiukkaset

Rutherfordin kokeissa, joissa hän pommitti ohuen kultalevyn atomeja alfahiukkasilla, atomin rakenne paljastettiin: pieni positiivinen ydin, jota ympäröivät elektronit.

Atomeja pommitettiin yhä useammilla energiahiukkasilla, ja sitä tehdään edelleen mikroskooppisen maailman salaisuuksien ja ominaisuuksien selvittämiseksi pienemmässä ja pienemmässä mittakaavassa.

Tällä tavoin saatiin aikaan vakiomalli, jossa todetaan, että todelliset alkuainehiukkaset ovat niitä, joista atomit koostuvat. Atomit puolestaan ​​aiheuttavat elementtejä, nämä yhdisteille ja kaikille tunnetuille vuorovaikutuksille (paitsi painovoima). Kaikkiaan hiukkasia on 12.

Näillä perushiukkasilla on myös jaksollinen taulukko. Ryhmiä on kaksi: ½-spin-fermioniset hiukkaset ja bosonic-partikkelit. Bosonit ovat vastuussa vuorovaikutuksista. Fermionikot ovat 12 ja ne aiheuttavat protoneja, neutroneja ja atomeja.

Kuva 3. Perushiukkaset. Lähde: wikimedia commons.

Kuinka laskea hiukkasia mikroskooppisessa mittakaavassa?

Ajan myötä kemikot löysivät alkuaineiden suhteelliset massat tarkista mittauksista kemiallisissa reaktioissa. Siten esimerkiksi määritettiin, että hiili on 12 kertaa raskaampi kuin vety.

Vedin määritettiin myös olevan kevyin alkuaine, joten tälle elementille annettiin suhteellinen massa 1.

Toisaalta kemistien oli tiedettävä reaktiossa mukana olevien hiukkasten lukumäärä, jotta mitään reagenssia ei olisi ohi tai puuttuisi. Esimerkiksi vesimolekyyli vaatii kaksi vetyatomia ja yhden hapen.

Näistä edeltäjistä syntyy moolin käsite. Minkä tahansa aineen mooli on kiinteä lukumäärä hiukkasia, jotka vastaavat sen molekyyli- tai atomimassaa grammoina. Siten määritettiin, että 12 grammassa hiiltä on sama määrä hiukkasia kuin 1 grammassa vetyä. Tämä luku tunnetaan Avogarron numerona: 6,02 x 10 ^ 23 hiukkasia.

-Esimerkki 1

Laske kuinka monta kultaatomia on 1 grammassa kultaa.

Ratkaisu

Kullan atomipainon tiedetään olevan 197. Nämä tiedot löytyvät jaksolta ja osoittavat, että kultaatomi on 197 kertaa raskaampi kuin vety ja 197/12 = 16 416 kertaa raskaampi kuin hiili.

Yhdessä moolissa kultaa on 6,02 × 10 ^ 23 atomia ja sen atomipaino on grammoina, toisin sanoen 197 grammaa.

Gram grammassa kultaa on 1/197 moolia kultaa, eli 6,02 × 10 ^ 23 atomia / 197 = 3,06 x10 ^ 23 kulta-atomia.

-Esimerkki 2

Määritä kalsiumkarbonaatin (CaCO ₃) molekyylien lukumäärä 150 grammassa tätä ainetta. Kerro myös kuinka monta kalsiumatomia, kuinka monta hiiltä ja kuinka monta happea tässä yhdisteessä on.

Ratkaisu

Ensimmäinen tehtävä on määrittää kalsiumkarbonaatin molekyylimassa. Jaksollinen taulukko osoittaa, että kalsiumin molekyylipaino on 40 g / mol, hiilen 12 g / mol ja hapen 16 g / mol.

Silloin (CaCO ₃) -molekyylimassa on:

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

Jokainen 100 grammaa kalsiumkarbonaattia on 1 mol. Joten 150 grammassa ne vastaavat 1,5 moolia.

Jokaisessa moolissa karbonaattia on 6,02 x 10 ^ 23 karbonaattimolekyyliä, joten 1,5 moolia karbonaatissa on 9,03 x 10 ^ 23 molekyyliä.

Lyhyesti sanottuna 150 grammassa kalsiumkarbonaattia on:

- 9,03 x 10 ^ 23 molekyyliä kalsiumkarbonaattia.

- Kalsiumatomit: 9,03 x 10 ^ 23.

- Myös 9,03 x 10 ^ 23 hiiliatomia

- Lopuksi, 3 x 9,03 x 10 ^ 23 happiatomia = 27,09 x 10 ^ 23 happiatomia.

Viitteet

1. Soveltuva biologia. Mitkä ovat mikroskooppiset mittaukset? Palautettu osoitteesta: youtube.com
2. Kemian koulutus. Makroskooppiset, submikroskooppiset ja symboliset esitykset aineesta. Palautettu osoitteesta: scielo.org.mx.
3. García A. Interaktiivinen fysiikan kurssi. Makro-tilat, mikrotilat. Lämpötila, entroopia. Palautettu: sc.ehu.es
4. Aineen mikroskooppinen rakenne. Palautettu osoitteesta: alipso.com
5. Wikipedia. Mikroskooppinen taso. Palautettu osoitteesta: wikipedia.com