MIKROSKOPICKÉ MĚŘÍTKO: VLASTNOSTI, POČÍTÁNÍ ČÁSTIC, PŘÍKLADY - FYZICKÝ - 2025

Mikroskopickém měřítku, je ten, který se používá k měření velikosti a délky, které nemohou být vidět pouhým okem, a které jsou nižší než jeden milimetr na délku. Od nejvyšší k nejnižší, mikroskopické stupnice v metrickém systému jsou:

- milimetr (1 mm), který je desetinou centimetru nebo tisícinou metru. V tomto měřítku máme jednu z největších buněk v těle, což je vajíčko, jehož velikost je 1,5 mm.

Obrázek 1. Červené krvinky jsou buňky v mikroskopickém měřítku. Zdroj: pixabay

- Desetina milimetru (0,1 mm). Toto je měřítko tloušťky nebo průměru lidských vlasů.

- Mikrometr nebo mikron (1μm = 0,001 mm). V tomto měřítku jsou rostlinné a živočišné buňky a bakterie.

Rostlinné buňky jsou řádově 100 um. Živočišné buňky jsou desetkrát menší, řádově 10 μm; zatímco bakterie jsou 10krát menší než živočišné buňky a jsou řádově 1μm.

Nano měřítko

Měření jsou dokonce menší než mikroskopické měřítko, ale běžně se nepoužívají, s výjimkou některých zvláštních souvislostí. Zde uvidíme některá z nejdůležitějších nanometrických měření:

- Nanometr (1 μm = 0,001 μm = 0,000001 mm) je miliontinou milimetru. V tomto měřítku jsou některé viry a molekuly. Viry jsou řádově 10m a molekuly řádově 1m.

- Angstrom (1 Á = 0,1ηm = 0,0001 um = 10 - ⁷ mm). Toto měření tvoří měřítko nebo atomovou velikost.

- Fantomometr (1fm = 0,00001 Á = 0,000001ηm = 10 - ¹² mm). Toto je měřítko atomových jader, která jsou mezi 10 000 a 100 000 krát menší než atom. Nicméně, přes jeho malou velikost, jádro koncentruje 99,99% atomové hmoty.

- Existují menší měřítka než atomové jádro, protože se skládají z částic, jako jsou protony a neutrony. Ale je toho více: tyto částice jsou zase tvořeny základnějšími částicemi, jako jsou kvarky.

Nástroje pro mikroskopické pozorování

Jsou-li objekty mezi milimetrovými a mikrometrickými váhami (1 mm - 0,001 mm), lze je pozorovat pomocí optického mikroskopu.

Pokud se však objekty nebo struktury nacházejí mezi nanometry a Angstromy, bude vyžadován elektronový mikroskop nebo nanoscope.

V elektronové mikroskopii se místo světla používají vysoce energetické elektrony, které mají mnohem kratší vlnovou délku než světlo. Nevýhodou elektronového mikroskopu je, že v něm není možné umístit živé vzorky, protože pracuje ve vakuu.

Místo toho, nanoscope používá laserové světlo, a to má výhodu nad elektronovou mikroskopií že struktury a molekuly uvnitř živé buňky mohou být viděny a leptané.

Nanotechnologie je technologie, pomocí které se vyrábějí obvody, struktury, části a dokonce i motory na stupnici od nanometru po atomovou stupnici.

Mikroskopické vlastnosti

Ve fyzice je v první aproximaci studováno chování hmoty a systémů z makroskopického hlediska. Z tohoto paradigmatu je hmota nekonečně dělitelné kontinuum; a toto hledisko je platné a vhodné pro mnoho situací v každodenním životě.

Některé jevy v makroskopickém světě však lze vysvětlit pouze tehdy, jsou-li zohledněny mikroskopické vlastnosti hmoty.

Z mikroskopického hlediska je brána v úvahu molekulární a atomová struktura hmoty. Na rozdíl od makroskopického přístupu je v tomto měřítku granulární struktura s mezerami a mezerami mezi molekulami, atomy a dokonce uvnitř nich.

Další charakteristikou mikroskopického pohledu ve fyzice je to, že kus hmoty, bez ohledu na to, jak malý, je složen z obrovského počtu částic oddělených od sebe navzájem a v nepřetržitém pohybu.

- Věc je nesmírná prázdnota

V malém kousku je vzdálenost mezi atomy obrovská ve srovnání s jejich velikostí, ale naopak atomy jsou obrovské ve srovnání s jejich vlastními jádry, kde je koncentrováno 99,99% hmoty.

To znamená, že kus hmoty v mikroskopickém měřítku je obrovské vakuum s koncentrací atomů a jader, které zabírají velmi malou část celkového objemu. V tomto smyslu je mikroskopické měřítko podobné astronomickému měřítku.

Od makroskopických objektů až po objev atomu

První chemici, kteří byli alchymisté, si uvědomili, že materiály mohou být dvou typů: čisté nebo složené. Tím došlo k myšlence chemických prvků.

První objevené chemické prvky byly sedm starověkých kovů: stříbro, zlato, železo, olovo, cín, měď a rtuť. Postupem času bylo objeveno více, protože byly nalezeny látky, které nelze rozložit na ostatní.

Poté byly prvky klasifikovány podle jejich vlastností a vlastností do kovů a nekovů. Všichni, kteří měli podobné vlastnosti a chemickou afinitu, byli seskupeni do stejného sloupce, a tak vznikla periodická tabulka prvků.

Obrázek 2. Periodická tabulka prvků. Zdroj: wikimedia commons.

Z prvků se změnila myšlenka atomů, což znamená slovo nedělitelné. Krátce nato si vědci uvědomili, že atomy mají strukturu. Kromě toho měly atomy dva typy elektrického náboje (pozitivní a negativní).

Subatomární částice

V Rutherfordových experimentech, ve kterých bombardoval atomy tenké zlaté desky alfa částicemi, byla odhalena struktura atomu: malé pozitivní jádro obklopené elektrony.

Atomy byly bombardovány stále většími částečkami energie a stále se provádí, aby se v menším a menším měřítku odhalila tajemství a vlastnosti mikroskopického světa.

Tímto způsobem byl dosažen standardní model, ve kterém je prokázáno, že skutečné elementární částice jsou částice, z nichž jsou atomy složeny. Atomy zase vedou ke vzniku prvků, ke sloučeninám a ke všem známým interakcím (kromě gravitace). Celkem je zde 12 částic.

Tyto základní částice mají také periodickou tabulku. Existují dvě skupiny: ½-spinové fermionické částice a bosonické částice. Za interakce jsou zodpovědní bosoni. Fermionika je 12 a jsou to ty, které dávají vznik protonům, neutronům a atomům.

Obrázek 3. Základní částice. Zdroj: wikimedia commons.

Jak spočítat částice v mikroskopickém měřítku?

Chemici v průběhu času objevili relativní hmotnosti prvků z přesných měření chemických reakcí. Tak bylo například stanoveno, že uhlík je 12krát těžší než vodík.

Vodík byl také určen jako nejlehčí prvek, takže tomuto prvku byla přiřazena relativní hmotnost 1.

Na druhé straně, chemici požadovali znát počet částic zapojených do reakce, takže žádné činidlo není nad nebo chybí. Například molekula vody vyžaduje dva atomy vodíku a jeden kyslík.

Z těchto předků se rodí koncept krtek. Krtek jakékoli látky je pevný počet částic ekvivalentní její molekulové nebo atomové hmotnosti v gramech. Bylo tedy stanoveno, že 12 gramů uhlíku má stejný počet částic jako 1 gram vodíku. Toto číslo se nazývá Avogadroovo číslo: 6,02 x 10 ^ 23 částic.

- Příklad 1

Vypočítejte, kolik atomů zlata je v 1 gramu zlata.

Řešení

Je známo, že zlato má atomovou hmotnost 197. Tato data jsou uvedena v periodické tabulce a ukazují, že atom zlata je 197krát těžší než vodík a 197/12 = 16,416 krát těžší než uhlík.

Jeden mol zlata má 6,02 × 10 ^ 23 atomů a má atomovou hmotnost v gramech, tj. 197 gramů.

V jednom gramu zlata je 1/197 molů zlata, tj. 6,02 × 10 ^ 23 atomů / 197 = 3,06 x 10 ^ 23 atomů zlata.

- Příklad 2

Stanovte počet molekul uhličitanu vápenatého (CaCO ₃) ve 150 gramech této látky. Také řekněte, kolik atomů vápníku, kolik uhlíku a kolik kyslíku jsou v této sloučenině.

Řešení

První věcí, kterou musíte udělat, je stanovení molekulové hmotnosti uhličitanu vápenatého. Periodická tabulka ukazuje, že vápník má molekulovou hmotnost 40 g / mol, uhlík 12 g / mol a kyslík 16 g / mol.

Potom bude molekulová hmotnost (CaCO ₃):

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

Každých 100 gramů uhličitanu vápenatého je 1 mol. Takže ve 150 gramech odpovídají 1,5 molu.

Každý mol uhličitanu má 6,02 x 10 ^ 23 molekul uhličitanu, takže v 1,5 molu uhličitanu je 9,03 x 10 ^ 23 molekul.

Stručně řečeno, ve 150 gramech uhličitanu vápenatého jsou:

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

- Atomy vápníku: 9,03 x 10 ^ 23.

- Také 9,03 x 10 ^ 23 atomů uhlíku

- Konečně 3 x 9,03 x 10 ^ 23 atomů kyslíku = 27,09 x 10 ^ 23 atomů kyslíku.

Reference

1. Aplikovaná biologie. Co jsou mikroskopická měření? Obnoveno z: youtube.com
2. Chemická výchova. Makroskopické, submikroskopické a symbolické reprezentace hmoty. Obnoveno z: scielo.org.mx.
3. García A. Interaktivní kurz fyziky. Makro stavy, mikrostavy. Teplota, entropie. Obnoveno z: sc.ehu.es
4. Mikroskopická struktura hmoty. Obnoveno z: alipso.com
5. Wikipedia. Mikroskopická úroveň. Obnoveno z: wikipedia.com