MIKROSKOPSKA LESTVICA: LASTNOSTI, ŠTETJE DELCEV, PRIMERI - FIZIČNO - 2026

Mikroskopsko lestvica je tista, ki se uporablja za merjenje velikosti in dolžin, ki jih ni mogoče videti s prostim očesom, in da so pod milimetra v dolžino. Mikroskopske lestvice v metričnem sistemu so od najvišje do najnižje:

- milimeter (1 mm), kar je desetina centimetra ali ena tisočina metra. V tej lestvici imamo eno največjih celic v telesu, to je jajčnik, katerega velikost je 1,5 mm.

Slika 1. Rdeče krvničke so mikroskopske celice. Vir: pixabay

- Desetina milimetra (0,1 mm). To je lestvica debeline ali premera človeške dlake.

- mikrometer ali mikron (1 μm = 0,001 mm). V tej lestvici so rastlinske in živalske celice ter bakterije.

Rastlinske celice so vrstnega reda 100 μm. Živalske celice so desetkrat manjše, je približno 10 μm; medtem ko so bakterije 10-krat manjše od živalskih celic in so 1 μm.

Nano lestvica

Meritve so še manjše od mikroskopske lestvice, vendar se običajno ne uporabljajo, razen v nekaterih posebnih okoliščinah. Tu bomo videli nekaj najpomembnejših nanometričnih meritev:

- nanometra (1 ηm = 0,001 µm = 0,000001 mm) je ena milijonina milimetra. Na tej lestvici je nekaj virusov in molekul. Virusi so v vrstnem redu 10m, molekule pa okoli 1m.

- angstrom (1Å = 0,1ηm = 0,0001μm = 10 ^-7 mm). Ta meritev tvori lestvico ali atomsko velikost.

- Fantomometer (1fm = 0,00001Å = 0,000001ηm = 10 ^-12 mm). To je lestvica atomskih jeder, ki so med 10.000 in 100.000 krat manjša od atoma. Kljub majhnosti pa jedro koncentrira 99,99% atomske mase.

- Manjše so lestvice kot atomsko jedro, saj jih sestavljajo delci, kot so protoni in nevtroni. Toda obstaja še več: ti delci so sestavljeni iz bolj temeljnih delcev, kot so kvarki.

Instrumenti za mikroskopsko opazovanje

Če so predmeti med milimetrsko in mikrometrsko lestvico (1 mm - 0,001 mm), jih lahko opazujemo z optičnim mikroskopom.

Če pa so predmeti ali strukture med nanometri in angstromi, bodo potrebni elektronski mikroskopi ali nanoskop.

V elektronski mikroskopiji se namesto svetlobe uporabljajo visokoenergijski elektroni, ki imajo veliko krajšo valovno dolžino kot svetloba. Pomanjkljivost elektronskega mikroskopa je, da v njem ni mogoče postaviti živih vzorcev, ker deluje pod vakuumom.

Namesto tega nanoskop uporablja lasersko svetlobo in ima prednost pred elektronsko mikroskopijo, da je mogoče strukturo in molekule v živi celici videti in jedkati.

Nanotehnologija je tehnologija, s katero se vezja, strukture, deli in celo motorji proizvajajo na tehtnicah, ki segajo od nanometra do atomske lestvice.

Mikroskopske lastnosti

V fiziki se v prvem približanju vedenje materije in sistemov proučuje z makroskopskega vidika. Iz te paradigme je materija neskončno deljiva kontinuiteta; in to stališče je veljavno in primerno za številne situacije v vsakdanjem življenju.

Nekatere pojave v makroskopskem svetu je mogoče razložiti le, če se upoštevajo mikroskopske lastnosti snovi.

Z mikroskopskega vidika se upošteva molekularna in atomska zgradba snovi. Za razliko od makroskopskega pristopa je v tej lestvici zrnata struktura z vrzeli in presledki med molekulami, atomi in celo znotraj njih.

Druga značilnost mikroskopskega stališča v fiziki je, da je košček snovi, ne glede na to, kako majhen je, sestavljen iz ogromnega števila delcev, ločenih med seboj in v nenehnem gibanju.

- Zadeva je neizmerna praznina

Razdalja med atomi je v majhnem koščku snovi v primerjavi z njihovo velikostjo velika, vendar pa so atomi v primerjavi z njihovimi lastnimi jedri ogromni, kjer je koncentrirano 99,99% mase.

Se pravi, da je kos mikroskopske lestvice velik vakuum s koncentracijo atomov in jeder, ki zasedajo zelo majhen del celotne prostornine. V tem smislu je mikroskopska lestvica podobna astronomski lestvici.

Od makroskopskih predmetov do odkritja atoma

Prvi kemiki, ki so bili alkimisti, so spoznali, da so lahko materiali dveh vrst: čisti ali sestavljeni. Tako je prišla ideja o kemičnih elementih.

Prvi odkriti kemični elementi so bili sedem kovin antike: srebro, zlato, železo, svinec, kositer, baker in živo srebro. Sčasoma so odkrili več, saj so bile najdene snovi, ki jih ni mogoče razgraditi na druge.

Nato smo elemente razvrstili glede na njihove lastnosti in lastnosti v kovinah in nekovinah. Vsi, ki so imeli podobne lastnosti in kemijsko sorodnost, so bili združeni v isti stolpec in tako je nastala periodična tabela elementov.

Slika 2. Periodična tabela elementov. Vir: wikimedia commons.

Iz elementov se je spremenila ideja o atomih, beseda, ki pomeni nedeljivo. Kmalu kasneje so znanstveniki spoznali, da imajo atomi strukturo. Poleg tega so imeli atomi dve vrsti električnega naboja (pozitiven in negativen).

Subatomski delci

V Rutherfordovih poskusih, v katerih je bombardiral atome tanke plošče z zlatom z alfa delci, je bila razkrita struktura atoma: majhno pozitivno jedro, obdano z elektroni.

Atomi so bili bombardirani z vse več energijskimi delci in se še vedno izvaja, da bi v manjši in manjši meri razkrili skrivnosti in lastnosti mikroskopskega sveta.

Na ta način je bil dosežen standardni model, v katerem je ugotovljeno, da so pravi elementarni delci tisti, iz katerih so sestavljeni atomi. Atomi povzročajo elemente, spojine in vse znane interakcije (razen gravitacije). Skupaj je 12 delcev.

Ti temeljni delci imajo tudi svojo periodično tabelo. Obstajata dve skupini: ½-spin-fermionski delci in bozonski. Za interakcije so odgovorni bozoni. Fermionic je 12 in so takšni, ki povzročajo protone, nevtrone in atome.

Slika 3. Temeljni delci. Vir: wikimedia commons.

Kako šteti delce na mikroskopski lestvici?

Sčasoma so kemiki odkrili relativno maso elementov iz natančnih meritev v kemijskih reakcijah. Tako so na primer ugotovili, da je ogljik 12-krat težji od vodika.

Za najlažji element je bil določen tudi vodik, zato je temu elementu dodeljena relativna masa 1.

Po drugi strani so morali kemiki vedeti, koliko delcev je vpletenih v reakcijo, tako da nobenega reagenta ni čez ali manjka. Na primer, molekula vode potrebuje dva vodikova atoma in en kisik.

Iz teh starodobnikov se rodi pojem mol. Krt katere koli snovi je fiksno število delcev, ki ustreza ekvivalentu njene molekularne ali atomske mase v gramih. Tako je bilo ugotovljeno, da ima 12 gramov ogljika enako število delcev kot 1 gram vodika. To število je znano kot Avogadrovo število: 6,02 x 10 ^ 23 delcev.

-Primer 1

Izračunajte, koliko zlatih atomov je v 1 gramu zlata.

Rešitev

Znano je, da ima zlato atomsko maso 197. Te podatke lahko najdemo na periodični tabeli in kažejo, da je zlati atom 197-krat težji od vodika in 197/12 = 16.416-krat težji od ogljika.

En mol zlata ima 6,02 × 10 ^ 23 atomov in ima atomsko maso v gramih, to je 197 gramov.

V gramu zlata je 1/197 molov zlata, to je 6,02 × 10 ^ 23 atomov / 197 = 3,06 x10 ^ 23 zlatih atomov.

-Primer 2

Določite število molekul kalcijevega karbonata (CaCO ₃ ) v 150 gramih te snovi. Povejte tudi, koliko atomov kalcija, koliko ogljika in koliko kisika je v tej spojini.

Rešitev

Prva stvar je določiti molekulsko maso kalcijevega karbonata. Periodična tabela kaže, da ima kalcij molekulsko maso 40 g / mol, ogljik 12 g / mol, kisik pa 16 g / mol.

Molekulska masa (CaCO ₃ ) bo potem:

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

Vsakih 100 gramov kalcijevega karbonata je 1 mmol. Torej v 150 gramih ustrezajo 1,5 molom.

Vsak mol karbonata ima 6,02 x 10 ^ 23 molekul karbonata, zato je v 1,5 molih karbonata 9,03 x 10 ^ 23 molekul.

Skratka, v 150 gramih kalcijevega karbonata so:

- 9,03 x 10 ^ 23 molekul kalcijevega karbonata.

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

- Tudi 9,03 x 10 ^ 23 atomov ogljika

- Končno 3 x 9.03 x 10 ^ 23 atomov kisika = 27,09 x 10 ^ 23 atomov kisika.

Reference

1. Uporabna biologija. Kakšne so mikroskopske meritve? Pridobljeno: youtube.com
2. Kemijsko izobraževanje. Makroskopske, submikroskopske in simbolične predstavitve o materiji. Pridobljeno: scielo.org.mx.
3. García A. Interaktivni tečaj fizike. Makro stanja, mikrostanice. Temperatura, entropija. Pridobljeno: sc.ehu.es
4. Mikroskopska zgradba snovi. Pridobljeno: alipso.com
5. Wikipedija. Mikroskopska raven. Pridobljeno: wikipedia.com