МИКРОСКОПСКА СКАЛА: СВОЈСТВА, БРОЈАЊЕ ЧЕСТИЦА, ПРИМЕРИ - ФИЗИЧКИ - 2025

Микроскопски скала је онај који се користи за мерење величине и дужине који се не могу видети голим оком и да су испод милиметра дужине. Од највишег до најнижег нивоа, микроскопске лествице у метричком систему су:

- милиметар (1 мм), што је једна десетина центиметра или хиљадина метра. У овој скали имамо једну од највећих ћелија у телу, а то је јајник, чија је величина 1,5 мм.

Слика 1. Црвена крвна зрнца су ћелије на микроскопској скали. Извор: пикабаи

- Десетина милиметра (0,1 мм). Ово је скала дебљине или пречника људске длаке.

- Микрометар или микрон (1 μм = 0,001 мм). На овој скали су биљне и животињске ћелије и бактерије.

Биљне ћелије су реда од 100 μм. Животињске ћелије су десет пута мање, реда су 10 μм; док су бактерије 10 пута мање од животињских ћелија и реда су 1µм.

Нано скала

Постоје мерења чак и мања од микроскопске скале, али се не користе обично, осим у неким посебним контекстима. Овде ћемо видети нека од најважнијих нанометријских мерења:

- Нанометри (1 ηм = 0,001 µм = 0,000001 мм) су милионити део милиметра. На овој скали су неки вируси и молекуле. Вируси су реда 10м, а молекули редоследа 1м.

- Ангстром (1А = 0,1ηм = 0,0001μм = 10 ^-7 мм). Ово мерење формира скали или атомску величину.

- Фантомометар (1фм = 0,00001А = 0,000001ηм = 10 ^-12 мм). Ово је скала атомског језгра, која је између 10 000 и 100 000 пута мања од атома. Међутим, и поред мале величине, језгро концентрише 99,99% атомске масе.

- Постоје мање скале од атомског језгра, јер су састављене од честица попут протона и неутрона. Али има и више: те честице се заузврат састоје од темељнијих честица попут кваркова.

Инструменти за микроскопско осматрање

Када се предмети налазе између милиметарске и микрометрске скале (1 мм - 0,001 мм), могу се посматрати оптичким микроскопом.

Међутим, ако се објекти или структуре налазе између нанометара и Ангстрома, онда ће бити потребни електронски микроскопи или наноскоп.

У електронској микроскопији уместо светла користе се високоенергетски електрони који имају много краћу таласну дужину од светлости. Недостатак електронског микроскопа је што у њега није могуће поставити живе узорке, јер он делује под вакумом.

Уместо тога, наноскоп користи ласерску светлост и има предност пред електронском микроскопијом што структуре и молекуле унутар живе ћелије могу да се прегледају и утроше.

Нанотехнологија је технологија којом се кола, конструкције, делови, па чак и мотори производе у скали од нанометара до атомске скале.

Микроскопска својства

У физици се у малом приближавању понашање материје и система проучава са макроскопског становишта. Из ове парадигме материја је бесконачно дељив континуум; и ово гледиште је валидно и погодно за многе ситуације у свакодневном животу.

Међутим, неке појаве у макроскопском свету могу се објаснити само ако се узму у обзир микроскопска својства материје.

Са микроскопског становишта узима се у обзир молекуларна и атомска структура материје. За разлику од макроскопског приступа, на овој скали постоји зрната структура са празнинама и размацима између молекула, атома, па чак и унутар њих.

Друга карактеристика микроскопског гледишта у физици је да се комад материје, без обзира колико био мали, састоји од огромног броја честица које су одвојене једна од друге и у непрекидном кретању.

-Материја је огромна празнина

У малом комаду материје растојање атома је огромно у поређењу са њиховом величином, али заузврат су атоми огромни у поређењу са њиховим сопственим језграма у којима је концентрисано 99,99% масе.

Односно, комад материје на микроскопском нивоу је огроман вакуум са концентрацијом атома и језгара који заузимају врло мали део укупне запремине. У том смислу, микроскопска скала је слична астрономској скали.

Од макроскопских објеката до открића атома

Први хемичари, који су били алхемичари, схватили су да материјали могу бити две врсте: чисти или сложени. Тако се родила идеја о хемијским елементима.

Први откривени хемијски елементи били су седам метала антике: сребро, злато, гвожђе, олово, коситар, бакар и жива. Временом је откривено више јер су пронађене супстанце које се не могу разградити на друге.

Затим су елементи класификовани према њиховим својствима и карактеристикама у металима и неметалима. Сви они који су имали слична својства и хемијски афинитет групирани су у исту колону и тако је настала периодична табела елемената.

Слика 2. Периодична табела елемената. Извор: викимедиа цоммонс.

Између елемената измењена је идеја о атомима, реч која значи недељива. Убрзо касније, научници су схватили да атоми имају структуру. Поред тога, атоми су имали две врсте електричног набоја (позитиван и негативан).

Субатомске честице

У Рутхерфордовим експериментима у којима је бомбардовао атоме танке златне плоче алфа честицама, откривена је структура атома: мало позитивно језгро окружено електронима.

Атоми су бомбардовани са све више честица енергије и још увек се ради, како би се све мање и мање откриле тајне и својства микроскопског света.

На овај начин је постигнут стандардни модел, у коме је утврђено да су праве елементарне честице оне од којих су сачињени атоми. Заузврат, атоми стварају елементе, они једињења и све познате интеракције (осим гравитације). Укупно има 12 честица.

Ове фундаменталне честице такође имају своју периодичну табелу. Постоје две групе: ½-спин-фермионске честице и бозонске. Бозони су одговорни за интеракције. Фермионици су 12 и они који стварају протоне, неутроне и атоме.

Слика 3. Основне честице. Извор: викимедиа цоммонс.

Како бројати честице на микроскопској скали?

Временом, хемичари су открили релативну масу елемената прецизним мерењима у хемијским реакцијама. Тако је, на пример, утврђено да је угљеник 12 пута тежи од водоника.

Такође је утврђено да је водоник најлакши елемент, па је овом елементу додељена релативна маса 1.

Са друге стране, хемичари су морали да знају број честица које су укључене у реакцију, тако да ниједан реагенс није завршен или нестао. На пример, молекули воде су потребна два атома водоника и један кисеоник.

Из ових антикената рађа се концепт кртице. Крт било које материје је фиксни број честица еквивалентне молекулској или атомској маси у грамима. Тако је утврђено да 12 грама угљеника има исти број честица као 1 грам водоника. Тај број је познат као Авогадров број: 6,02 к 10 ^ 23 честица.

-Примјер 1

Израчунајте колико има атома злата у 1 граму злата.

Решење

Познато је да злато има атомску масу од 197. Ови подаци се могу наћи у периодичној табели и указују на то да је атом злата 197 пута тежи од водоника и 197/12 = 16.416 пута тежи од угљеника.

Један мол злата има 6,02 × 10 ^ 23 атома и има атомску масу у грамима, односно 197 грама.

У граму злата налази се 1/197 мола злата, то јест 6.02 × 10 ^ 23 атома / 197 = 3.06 к10 ^ 23 атома злата.

-Примјер 2

Одредите број молекула калцијум-карбоната (ЦаЦО ₃ ) у 150 грама ове материје. Такође реците колико атома калцијума, колико угљеника и колико кисеоника има у овом једињењу.

Решење

Прво што треба да се уради је да се одреди молекуларна маса калцијумовог карбоната. Периодична табела показује да калцијум има молекулску масу од 40 г / мол, угљеник 12 г / мол, а кисеоник 16 г / мол.

Тада ће молекулска маса (ЦаЦО ₃ ) бити:

40 г / мол + 12 г / мол + 3 к 16 г / мол = 100 г / мол

Сваких 100 грама калцијумовог карбоната је 1 ммол. Тако у 150 грама одговарају 1,5 молу.

Сваки мол карбоната има 6,02 к 10 ^ 23 молекула карбоната, тако да у 1,5 мола карбоната постоји 9,03 к 10 ^ 23 молекула.

Укратко, у 150 грама калцијумовог карбоната постоје:

- 9.03 к 10 ^ 23 молекула калцијум-карбоната.

- Атоми калцијума: 9.03 к 10 ^ 23.

- Такође 9.03 к 10 ^ 23 атома угљеника

- Коначно, 3 к 9.03 к 10 ^ 23 атома кисеоника = 27.09 к 10 ^ 23 атома кисеоника.

Референце

1. Примењена биологија. Која су микроскопска мерења? Опоравак од: иоутубе.цом
2. Хемијско образовање. Макроскопске, субмикроскопске и симболичке репрезентације о материји. Опоравак од: сциело.орг.мк.
3. Гарциа А. Интерактивни курс физике. Макро стања, микростанице. Температура, ентропија. Опоравак од: сц.еху.ес
4. Микроскопска структура материје. Опоравак од: алипсо.цом
5. Википедиа. Микроскопски ниво. Опоравак од: википедиа.цом