MIKROSKOPICKÁ VÁHA: VLASTNOSTI, POČÍTANIE ČASTÍC, PRÍKLADY - FYZICKÝ - 2026

Mikroskopickom meradle , je ten, ktorý sa používa na meranie veľkosti a dĺžky, ktoré nemôžu byť vidieť voľným okom, a ktoré sú nižšie ako jeden milimeter na dĺžku. Mikroskopické mierky v metrickom systéme sú od najvyššej po najnižšiu:

- milimeter (1 mm), ktorý predstavuje jednu desatinu centimetra alebo tisícinu metra. V tomto meradle máme jednu z najväčších buniek v tele, ktorou je vajíčko, ktorého veľkosť je 1,5 mm.

Obrázok 1. Červené krvinky sú bunky v mikroskopickom meradle. Zdroj: pixabay

- Desatina milimetra (0,1 mm). Toto je stupnica hrúbky alebo priemeru ľudských vlasov.

- Mikrometer alebo mikrón (1 μm = 0,001 mm). V tomto meradle sú rastlinné a živočíšne bunky a baktérie.

Rastlinné bunky sú rádovo 100 um. Živočíšne bunky sú desaťkrát menšie, rádovo 10 μm; zatiaľ čo baktérie sú 10-krát menšie ako živočíšne bunky a sú rádovo 1 um.

Nano mierka

Existujú merania dokonca menšie ako mikroskopická stupnica, ale bežne sa nepoužívajú, s výnimkou niektorých špeciálnych súvislostí. Tu uvidíme niektoré z najdôležitejších nanometrických meraní:

- Nanometer (1 μm = 0,001 μm = 0,000001 mm) je jedna milióntina milimetra. V tomto meradle sú niektoré vírusy a molekuly. Vírusy sú rádovo 10m a molekuly rádovo 1m.

- Angstrom (1 Á = 0,1 μm = 0,0001 um = 10 - ⁷ mm). Toto meranie tvorí mierku alebo atómovú veľkosť.

- Fantomometer (1fm = 0,00001 Á = 0,000001ηm = 10 - ¹² mm). Toto je mierka atómových jadier, ktoré sú medzi 10 000 a 100 000-krát menšie ako atóm. Jadro však napriek svojej malej veľkosti koncentruje 99,99% atómovej hmoty.

- Existujú menšie škály ako atómové jadro, pretože sú tvorené časticami, ako sú protóny a neutróny. Ale je toho viac: tieto častice sú zase tvorené základnejšími časticami, ako sú kvarky.

Nástroje na mikroskopické pozorovanie

Ak sú predmety medzi milimetrovými a mikrometrickými stupnicami (1 mm - 0,001 mm), môžu byť pozorované optickým mikroskopom.

Ak sa však objekty alebo štruktúry nachádzajú medzi nanometrmi a Angstrómami, budú sa vyžadovať elektrónové mikroskopy alebo nanoskop.

V elektrónovej mikroskopii sa namiesto svetla používajú elektróny s vysokou energiou, ktoré majú oveľa kratšiu vlnovú dĺžku ako svetlo. Nevýhodou elektrónového mikroskopu je, že v ňom nie je možné umiestniť živé vzorky, pretože pracuje vo vákuu.

Namiesto toho nanoskop využíva laserové svetlo a má oproti elektrónovej mikroskopii výhodu v tom, že štruktúry a molekuly v živej bunke je možné prezerať a leptať.

Nanotechnológia je technológia, pomocou ktorej sa vyrábajú obvody, štruktúry, súčasti a dokonca aj motory na stupnici od nanometra po atómovú mierku.

Mikroskopické vlastnosti

Vo fyzike sa v prvej aproximácii študuje chovanie hmoty a systémov z makroskopického hľadiska. Z tohto paradigmy je hmota nekonečne deliteľné kontinuum; a toto hľadisko je platné a vhodné pre mnoho situácií v každodennom živote.

Niektoré javy v makroskopickom svete sa však dajú vysvetliť iba vtedy, ak sa vezmú do úvahy mikroskopické vlastnosti hmoty.

Z mikroskopického hľadiska sa berie do úvahy molekulárna a atómová štruktúra hmoty. Na rozdiel od makroskopického prístupu je v tomto meradle granulovaná štruktúra s medzerami a medzerami medzi molekulami, atómami a dokonca aj v nich.

Ďalšou charakteristikou mikroskopického hľadiska vo fyzike je to, že kus hmoty, bez ohľadu na to, ako malý, je zložený z obrovského počtu častíc oddelených od seba navzájom a kontinuálnym pohybom.

- Záležitosť je obrovská prázdnota

V malom kúsku hmoty je vzdialenosť medzi atómami obrovská v porovnaní s ich veľkosťou, ale atómy sú zase obrovské v porovnaní s vlastnými jadrami, kde je koncentrovaných 99,99% hmotnosti.

To znamená, že časť látky v mikroskopickom merítku je obrovské vákuum s koncentráciami atómov a jadier, ktoré zaberajú veľmi malú časť celkového objemu. V tomto zmysle je mikroskopická mierka podobná astronomickej mierke.

Od makroskopických objektov po objavenie atómu

Prví chemici, ktorí boli alchymistami, si uvedomili, že materiály môžu byť dvoch typov: čisté alebo zložené. Tak sa dospelo k myšlienke chemických prvkov.

Prvými objavenými chemickými prvkami boli sedem kovov staroveku: striebro, zlato, železo, olovo, cín, meď a ortuť. Postupom času sa objavilo viac, pretože sa zistili látky, ktoré sa nedajú rozložiť na ostatných.

Potom boli prvky klasifikované podľa ich vlastností a vlastností do kovov a nekovov. Všetky tie, ktoré mali podobné vlastnosti a chemickú afinitu, boli zoskupené v rovnakom stĺpci, a tak vznikla periodická tabuľka prvkov.

Obrázok 2. Periodická tabuľka prvkov. Zdroj: wikimedia commons.

Z prvkov sa zmenila myšlienka atómov, slovo, ktoré znamená nedeliteľné. O chvíľu neskôr si vedci uvedomili, že atómy majú štruktúru. Atómy mali navyše dva typy elektrického náboja (pozitívny a negatívny).

Subatomárne častice

V Rutherfordových experimentoch, v ktorých bombardoval atómy tenkej zlatej platne alfa časticami, bola odhalená štruktúra atómu: malé pozitívne jadro obklopené elektrónmi.

Atómy boli bombardované stále viac a viac energetickými časticami a stále sa vykonáva, aby sa v menšom a menšom rozsahu rozlúštili tajomstvá a vlastnosti mikroskopického sveta.

Týmto spôsobom sa dosiahol štandardný model, v ktorom sa zistilo, že skutočnými elementárnymi časticami sú častice, z ktorých sú zložené atómy. Atómy zase vytvárajú prvky, tieto zlúčeniny a všetky známe interakcie (okrem gravitácie). Celkom je 12 častíc.

Tieto základné častice majú tiež periodickú tabuľku. Existujú dve skupiny: polovičné spinové fermionické častice a bozonické častice. Bozóny sú zodpovedné za interakcie. Fermionics je 12 a sú tie, ktoré dávajú vznik protónov, neutrónov a atómov.

Obrázok 3. Základné častice. Zdroj: wikimedia commons.

Ako spočítať častice v mikroskopickom meradle?

Chemici v priebehu času objavili relatívne hmotnosti prvkov z presných meraní chemických reakcií. Takto sa napríklad zistilo, že uhlík je 12-krát ťažší ako vodík.

Vodík bol tiež určený ako najľahší prvok, takže tomuto prvku bola priradená relatívna hmotnosť 1.

Na druhej strane chemici požadovali poznať počet častíc zahrnutých v reakcii, aby nedošlo k nadmernému alebo chýbajúcemu množstvu činidla. Napríklad molekula vody vyžaduje dva atómy vodíka a jeden kyslík.

Z týchto predkov sa rodí koncept krtek. Mól akejkoľvek látky je pevný počet častíc ekvivalentný jej molekulovej alebo atómovej hmotnosti v gramoch. Bolo teda stanovené, že 12 gramov uhlíka má rovnaký počet častíc ako 1 gram vodíka. Toto číslo sa nazýva Avogadrovo číslo: 6,02 x 10 ^ 23 častíc.

- Príklad 1

Vypočítajte, koľko atómov zlata je v 1 gramu zlata.

Riešenie

Je známe, že zlato má atómovú hmotnosť 197. Tieto údaje možno nájsť v periodickej tabuľke a naznačujú, že atóm zlata je 197-krát ťažší ako vodík a 197/12 = 16,416-krát ťažší ako uhlík.

Jeden mól zlata má 6,02 × 10 ^ 23 atómov a jeho atómová hmotnosť je v gramoch, tj 197 gramov.

V gramoch zlata je 1/197 molov zlata, to znamená 6,02 × 10 ^ 23 atómov / 197 = 3,06 x 10 ^ 23 atómov zlata.

- Príklad 2

Stanovte počet molekúl uhličitanu vápenatého (CaCO ₃ ) v 150 gramoch tejto látky. Tiež povedzte, koľko atómov vápnika, koľko uhlíka a koľko kyslíka je v tejto zlúčenine.

Riešenie

Prvá vec, ktorú treba urobiť, je stanovenie molekulovej hmotnosti uhličitanu vápenatého. Periodická tabuľka ukazuje, že vápnik má molekulovú hmotnosť 40 g / mol, uhlík 12 g / mol a kyslík 16 g / mol.

Potom sa molekulová hmotnosť (CaCO ₃ ), bude:

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

Každých 100 gramov uhličitanu vápenatého je 1 mol. Takže v 150 gramoch zodpovedajú 1,5 molu.

Každý mól uhličitanu má 6,02 x 10 ^ 23 molekúl uhličitanu, takže v 1,5 móle uhličitanu je 9,03 x 10 ^ 23 molekúl.

Stručne povedané, v 150 gramoch uhličitanu vápenatého sú:

- 9,03 x 10 ^ 23 molekúl uhličitanu vápenatého.

- Atómy vápnika: 9,03 x 10 ^ 23.

- 9,03 x 10 ^ 23 atómov uhlíka

- Nakoniec, 3 x 9,03 x 10 ^ 23 atómov kyslíka = 27,09 x 10 ^ 23 atómov kyslíka.

Referencie

1. Aplikovaná biológia. Čo sú mikroskopické merania? Obnovené z: youtube.com
2. Chemické vzdelávanie. Makroskopické, submikroskopické a symbolické znázornenia hmoty. Získané z: scielo.org.mx.
3. García A. Interaktívny kurz fyziky. Makro stavy, mikrostavy. Teplota, entropia. Získané z: sc.ehu.es
4. Mikroskopická štruktúra hmoty. Obnovené z: alipso.com
5. Wikipedia. Mikroskopická úroveň. Obnovené z: wikipedia.com