MIKROSKOPISK SKALA: EGENSKAPER, RÄKNA PARTIKLAR, EXEMPEL - FYSISK - 2025

Den mikroskopiska skalan är en som används för att mäta storlekar och längder som inte kan ses med blotta ögat och som är under en millimeter lång. Från högsta till lägsta är de mikroskopiska skalorna i det metriska systemet:

- Millimeteren (1 mm), som är en tiondel av en centimeter eller en tusendels meter. I denna skala har vi en av de största cellerna i kroppen, som är ägg, vars storlek är 1,5 mm.

Figur 1. Röda blodkroppar är celler i mikroskopisk skala. Källa: pixabay

- Den tionde millimeter (0,1 mm). Detta är skalan på tjockleken eller diametern hos ett mänskligt hår.

- Mikrometern eller mikronen (1 um = 0,001 mm). På denna skala finns växt- och djurceller och bakterier.

Växtceller är i storleksordningen 100μm. Djurceller är tio gånger mindre, det är i storleksordningen 10μm; medan bakterier är 10 gånger mindre än djurceller och är i storleksordningen 1μm.

Nano skala

Det finns mått som är ännu mindre än den mikroskopiska skalan, men de används inte vanligt förutom i vissa speciella sammanhang. Här ser vi några av de viktigaste nanometriska mätningarna:

- Nanometern (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) är en miljondel av en millimeter. På denna skala finns några virus och molekyler. Virus är i storleksordningen 10 m och molekyler i storleksordningen 1 m.

- Den ångström (1 Å = 0.1ηm = 0.0001μm = 10 ^-7 mm). Denna mätning bildar skalan eller atomstorleken.

- Den phantomometer (1 fM = 0.00001Å = 0.000001ηm = 10 ^-12 mm). Detta är skalan på atomkärnor, som är mellan 10 000 och 100 000 gånger mindre än atomen. Trots sin lilla storlek koncentrerar kärnan emellertid 99,99% av atommassan.

- Det finns mindre skalor än atomkärnan, eftersom dessa består av partiklar som protoner och neutroner. Men det finns mer: dessa partiklar består i sin tur av mer grundläggande partiklar som kvarkar.

Instrument för mikroskopisk observation

När objekt ligger mellan skalan mellan millimeter och mikrometer (1 mm - 0,001 mm) kan de observeras med ett optiskt mikroskop.

Men om föremålen eller strukturerna är mellan nanometer och ångström, kommer elektronmikroskop eller nanoskop att krävas.

I elektronmikroskopi används istället för ljus högenergi-elektroner som har en mycket kortare våglängd än ljus. Nackdelen med elektronmikroskopet är att det inte är möjligt att placera levande prover i det eftersom det fungerar under vakuum.

Istället använder nanoskopet laserljus, och det har fördelen framför elektronmikroskopi att strukturerna och molekylerna i en levande cell kan ses och etsas.

Nanoteknologi är tekniken med vilken kretsar, strukturer, delar och till och med motorer tillverkas på skalor som sträcker sig från nanometern till atomskalan.

Mikroskopiska egenskaper

I fysik studeras i en första tillnärmning materialets och systemets beteende ur makroskopisk synvinkel. Från detta paradigm är frågan en oändligt delbar kontinuum; och denna synvinkel är giltig och lämplig för många situationer i vardagen.

Vissa fenomen i den makroskopiska världen kan emellertid endast förklaras om materialens mikroskopiska egenskaper beaktas.

Vid mikroskopisk synvinkel tas materialets molekylära och atomära struktur i beaktande. Till skillnad från det makroskopiska tillvägagångssättet, i denna skala finns det en granulär struktur med mellanrum och mellanrum mellan molekyler, atomer och till och med inom dem.

Det andra kännetecknet för den mikroskopiska synvinkeln i fysiken är att ett ämne, oavsett hur litet, består av ett enormt antal partiklar separerade från varandra och i kontinuerlig rörelse.

-Målet är ett enormt tomrum

I ett litet material är avståndet mellan atomer enormt jämfört med deras storlek, men i sin tur är atomerna enorma jämfört med sina egna kärnor, där 99,99% av massan är koncentrerad.

Det vill säga, ett ämne i mikroskopisk skala är ett enormt vakuum med koncentrationer av atomer och kärnor som upptar en mycket liten bråkdel av den totala volymen. I denna mening liknar den mikroskopiska skalan den astronomiska skalan.

Från makroskopiska föremål till upptäckten av atomen

De första kemisterna, som var alkemisterna, insåg att materialen kunde vara av två typer: ren eller sammansatt. Således kom idén om kemiska element fram till.

De första kemiska elementen som upptäcktes var de sju antikviteterna: silver, guld, järn, bly, tenn, koppar och kvicksilver. Med tiden upptäcktes fler eftersom ämnen hittades som inte kunde sönderdelas till andra.

Sedan klassificerades elementen efter deras egenskaper och egenskaper i metaller och icke-metaller. Alla de som hade liknande egenskaper och kemisk affinitet grupperades i samma kolumn, och således uppstod den periodiska tabellen över elementen.

Figur 2. Periodisk tabell över elementen. Källa: wikimedia commons.

Från elementen ändrades idén om atomer, ett ord som betyder odelbar. En kort tid senare insåg forskare att atomer hade en struktur. Dessutom hade atomerna två typer av elektrisk laddning (positiv och negativ).

Subatomära partiklar

I Rutherfords experiment där han bombarderade atomerna i en tunn guldplatta med alfapartiklar, avslöjades atomens struktur: en liten positiv kärna omgiven av elektroner.

Atomer bombarderades med mer och mer energipartiklar och görs fortfarande för att avslöja hemligheterna och egenskaperna hos den mikroskopiska världen i mindre och mindre skala.

På detta sätt nåddes standardmodellen, i vilken det konstateras att de verkliga elementära partiklarna är de som atomer består av. I sin tur ger atomer upphov till element, dessa till föreningar och till alla kända interaktioner (utom gravitation). Totalt finns det 12 partiklar.

Dessa grundläggande partiklar har också sin periodiska tabell. Det finns två grupper: de ½-roterade fermioniska partiklarna och de bosoniska. Bosonerna ansvarar för interaktioner. Fermioniken är 12 och är de som ger upphov till protoner, neutroner och atomer.

Figur 3. Grundläggande partiklar. Källa: wikimedia commons.

Hur räknar jag partiklar i mikroskopisk skala?

Med tiden upptäckte kemister de relativa massorna av elementen från exakta mätningar i kemiska reaktioner. Således fastställdes till exempel att kol är 12 gånger tyngre än väte.

Väte fastställdes också att vara det lättaste elementet, så detta element tilldelades relativ massa 1.

Å andra sidan krävde kemister att veta antalet partiklar som är involverade i en reaktion, så att inget reagens är över eller saknas. Till exempel kräver en vattenmolekyl två väteatomer och en syre.

Från dessa antecedents är begreppet mullvad föds. En mol av vilken substans som helst är ett fast antal partiklar motsvarande dess molekylära eller atommassa i gram. Således fastställdes att 12 gram kol har samma antal partiklar som 1 gram väte. Det numret är känt som Avogadros nummer: 6,02 x 10 ^ 23 partiklar.

-Exempel 1

Beräkna hur många guldatomer som finns i 1 gram guld.

Lösning

Guld är känt för att ha en atomvikt på 197. Dessa data kan hittas på det periodiska systemet och indikerar att en guldatom är 197 gånger tyngre än väte och 197/12 = 16,416 gånger tyngre än kol.

En molo guld har 6,02 × 10 ^ 23 atomer och har atomvikten i gram, det vill säga 197 gram.

I ett gram guld finns det 1/197 mol guld, det vill säga 6,02 × 10 ^ 23 atomer / 197 = 3,06 x 10 ^ 23 guldatomer.

-Exempel 2

Bestäm antalet molekyler kalciumkarbonat (CaCO ₃ ) i 150 gram av detta ämne. Berätta också hur många kalciumatomer, hur många kol och hur många syre som finns i denna förening.

Lösning

Det första man ska göra är att bestämma molekylmassan för kalciumkarbonatet. Den periodiska tabellen indikerar att kalcium har en molekylvikt av 40 g / mol, kol 12 g / mol och syre 16 g / mol.

Då är molekylmassan för (CaCO ₃ ):

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

Varje 100 gram kalciumkarbonat är 1 mol. Så i 150 gram motsvarar de 1,5 mol.

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

Kort sagt, i 150 gram kalciumkarbonat finns det:

- 9,03 x 10 ^ 23 molekyler kalciumkarbonat.

- Kalciumatomer: 9,03 x 10 ^ 23.

- Även 9,03 x 10 ^ 23 kolatomer

- Slutligen 3 x 9,03 x 10 ^ 23 syreatomer = 27,09 x 10 ^ 23 syreatomer.

referenser

1. Tillämpad biologi. Vilka är de mikroskopiska mätningarna? Återställd från: youtube.com
2. Kemisk utbildning. Makroskopiska, submikroskopiska och symboliska framställningar om materia. Återställd från: scielo.org.mx.
3. García A. Interaktiv fysikkurs. Makrostater, mikrostater. Temperatur, Entropi. Återställd från: sc.ehu.es
4. Materialets mikroskopiska struktur. Återställd från: alipso.com
5. Wikipedia. Mikroskopisk nivå. Återställd från: wikipedia.com