SCARĂ MICROSCOPICĂ: PROPRIETĂȚI, NUMĂRAREA PARTICULELOR, EXEMPLE - FIZIC - 2025

Scala microscopică este una care este utilizată pentru a măsura dimensiunile si lungimile care nu pot fi văzute cu ochiul liber și care sunt sub un milimetru lungime. De la cea mai mare la cea mai mică, scalele microscopice din sistemul metric sunt:

- Milimetrul (1 mm), care este o zecime de centimetru sau o mie de mii de metru. În această scară avem una dintre cele mai mari celule din corp, care este ovulul, a cărui dimensiune este de 1,5 mm.

Figura 1. Globulele roșii sunt celule la scară microscopică. Sursa: pixabay

- A zecea parte dintr-un milimetru (0,1 mm). Aceasta este scara grosimii sau diametrului unui păr uman.

- Micrometrul sau micronul (1μm = 0,001mm). La această scară sunt celule și bacterii vegetale și animale.

Celulele vegetale sunt de ordinul 100μm. Celulele animale sunt de zece ori mai mici, sunt de ordinul 10μm; în timp ce bacteriile sunt de 10 ori mai mici decât celulele animale și sunt de ordinul 1μm.

Scara Nano

Există măsurători chiar mai mici decât scara microscopică, dar acestea nu sunt utilizate frecvent decât în ​​anumite contexte speciale. Aici vom vedea unele dintre cele mai importante măsurători nanometrice:

- Nanometrul (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) este de o milionime de milimetru. La această scară sunt câteva virusuri și molecule. Virusii sunt de ordinul 10m și moleculele de ordinul 1m.

- Angstromul (1Å = 0,1ηm = 0,0001μm = 10 ^-7 mm). Această măsurare formează scala sau dimensiunea atomică.

- Fantomometrul (1fm = 0.00001Å = 0.000001ηm = 10 ^-12 mm). Aceasta este scara nucleelor ​​atomice, care sunt între 10.000 și 100.000 de ori mai mici decât atomul. Cu toate acestea, în ciuda dimensiunilor mici, nucleul concentrează 99,99% din masa atomică.

- Există solzi mai mici decât nucleul atomic, deoarece acestea sunt formate din particule precum protoni și neutroni. Există însă mai multe: aceste particule sunt la rândul lor formate din particule mai fundamentale, cum ar fi quark-urile.

Instrumente pentru observarea microscopică

Atunci când obiectele se află între scalele de milimetru și micrometru (1 mm - 0,001 mm), ele pot fi observate cu un microscop optic.

Cu toate acestea, dacă obiectele sau structurile se află între nanometre și Angstroms, atunci vor fi necesare microscopuri electronice sau nanoscop.

În microscopia electronică, în loc de lumină, se folosesc electroni cu energie mare care au o lungime de undă mult mai scurtă decât lumina. Dezavantajul microscopului electronic este că nu este posibil să se introducă probe vii în el, deoarece funcționează sub vid.

În schimb, nanoscopul folosește lumina laser și are avantajul față de microscopie electronică că structurile și moleculele din celula vie pot fi vizualizate și gravate.

Nanotehnologia este tehnologia cu care sunt fabricate circuite, structuri, piese și chiar motoare pe scale care variază de la nanometru la scara atomică.

Proprietăți microscopice

În fizică, într-o primă aproximare, comportamentul materiei și sistemelor este studiat din punct de vedere macroscopic. Din această paradigmă materia este un continuum infinit divizibil; iar acest punct de vedere este valid și potrivit pentru multe situații din viața de zi cu zi.

Cu toate acestea, unele fenomene din lumea macroscopică nu pot fi explicate decât dacă sunt luate în considerare proprietățile microscopice ale materiei.

Din punct de vedere microscopic, se ține cont de structura moleculară și atomică a materiei. Spre deosebire de abordarea macroscopică, la această scară există o structură granulară cu goluri și spații între molecule, atomi și chiar în interiorul lor.

Cealaltă caracteristică din punct de vedere microscopic în fizică este aceea că o bucată de materie, oricât de mică este compusă dintr-un număr imens de particule separate între ele și în mișcare continuă.

-Materia este un imens gol

Într-o mică bucată de materie, distanța dintre atomi este enormă în comparație cu dimensiunea lor, dar, la rândul lor, atomii sunt enormi în comparație cu propriile nuclee, unde 99,99% din masă este concentrată.

Adică, o bucată de materie pe scara microscopică este un vid imens, cu concentrații de atomi și nuclei care ocupă o fracțiune foarte mică din volumul total. În acest sens, scara microscopică este similară cu scara astronomică.

De la obiecte macroscopice până la descoperirea atomului

Primii chimisti, care au fost alchimistii, si-au dat seama ca materialele pot fi de doua tipuri: pure sau compuse. Astfel s-a ajuns la ideea elementelor chimice.

Primele elemente chimice descoperite au fost cele șapte metale ale antichității: argint, aur, fier, plumb, staniu, cupru și mercur. De-a lungul timpului, au fost descoperite mai multe, deoarece au fost găsite substanțe care nu puteau fi descompuse în altele.

Apoi, elementele au fost clasificate în funcție de proprietățile și caracteristicile lor în metale și nemetale. Toate cele care aveau proprietăți similare și afinitate chimică au fost grupate în aceeași coloană și astfel a apărut tabelul periodic al elementelor.

Figura 2. Tabelul periodic al elementelor. Sursa: wikons commons.

Din elemente, ideea de atomi a fost schimbată, un cuvânt care înseamnă indivizibil. La scurt timp, oamenii de știință și-au dat seama că atomii au o structură. În plus, atomii aveau două tipuri de sarcină electrică (pozitivă și negativă).

Particule subatomice

În experimentele lui Rutherford în care a bombardat atomii unei plăci subțiri de aur cu particule alfa, a fost dezvăluită structura atomului: un mic nucleu pozitiv înconjurat de electroni.

Atomii au fost bombardați cu tot mai multe particule de energie și încă se face, pentru a descoperi secretele și proprietățile lumii microscopice la o scară mai mică și mai mică.

În acest fel, modelul standard a fost atins, în care se stabilește că adevăratele particule elementare sunt cele din care sunt compuși atomi. La rândul lor, atomii dau naștere la elemente, acestea la compuși și la toate interacțiunile cunoscute (cu excepția gravitației). În total sunt 12 particule.

Aceste particule fundamentale au și tabelul lor periodic. Există două grupuri: particulele fermionice ½-spin și cele bosonice. Bosonii sunt responsabili de interacțiuni. Fermionicii sunt 12 și sunt cei care dau naștere la protoni, neutroni și atomi.

Figura 3. Particule fundamentale. Sursa: wikons commons.

Cum să numeri particulele la scară microscopică?

În timp, chimiștii au descoperit masele relative ale elementelor din măsurători precise în reacțiile chimice. Astfel, de exemplu, s-a stabilit că carbonul este de 12 ori mai greu decât hidrogenul.

Hidrogenul a fost, de asemenea, determinat a fi cel mai ușor element, astfel că acestui element i s-a atribuit masă relativă 1.

Pe de altă parte, chimiștii au fost nevoiți să cunoască numărul de particule implicate într-o reacție, astfel încât niciun reactiv să nu se termine sau să lipsească. De exemplu, o moleculă de apă necesită doi atomi de hidrogen și un oxigen.

Din aceste antecedente se naște conceptul de aluniță. O aluniță a oricărei substanțe este un număr fix de particule echivalent cu masa moleculară sau atomică a acesteia în grame. Astfel s-a stabilit că 12 grame de carbon au același număr de particule ca și 1 gram de hidrogen. Acest număr este cunoscut sub numele de Avogadro: 6,02 x 10 ^ 23 particule.

-Exemplul 1

Calculați câți atomi de aur sunt în 1 gram de aur.

Soluţie

Se știe că aurul are o greutate atomică de 197. Aceste date pot fi găsite în tabelul periodic și indică faptul că un atom de aur este de 197 de ori mai greu decât unul de hidrogen și 197/12 = 16.416 de ori mai greu decât carbonul.

Un mol de aur are 6,02 × 10 ^ 23 atomi și are greutatea atomică în grame, adică 197 de grame.

Într-un gram de aur există 1/197 moli de aur, adică 6,02 × 10 ^ 23 atomi / 197 = 3,06 x 10 ^ 23 atomi de aur.

-Exemplul 2

Determinați numărul de molecule de carbonat de calciu (CaCO ₃ ) în 150 de grame din această substanță. De asemenea, spuneți câți atomi de calciu, câți carbon și câți oxigen sunt în acest compus.

Soluţie

Primul lucru de făcut este să determinați masa moleculară a carbonatului de calciu. Tabelul periodic indică faptul că calciul are o greutate moleculară de 40 g / mol, carbon 12 g / mol și oxigen 16 g / mol.

Atunci masa moleculară a (CaCO ₃ ) va fi:

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

La fiecare 100 de grame de carbonat de calciu este 1mol. Deci în 150 de grame corespund 1,5 moli.

Fiecare mol de carbonat are 6,02 x 10 ^ 23 molecule de carbonat, deci în 1,5 moli de carbonat există 9,03 x 10 ^ 23 molecule.

Pe scurt, în 150 de grame de carbonat de calciu există:

- 9,03 x 10 ^ 23 molecule de carbonat de calciu.

- Atomi de calciu: 9,03 x 10 ^ 23.

- De asemenea, 9,03 x 10 ^ 23 atomi de carbon

- În cele din urmă, 3 x 9,03 x 10 ^ 23 atomi de oxigen = 27,09 x 10 ^ 23 atomi de oxigen.

Referințe

1. Biologie aplicată. Care sunt măsurătorile microscopice? Recuperat de pe: youtube.com
2. Educație chimică. Reprezentări macroscopice, submicroscopice și simbolice asupra materiei. Recuperat de la: scielo.org.mx.
3. García A. Curs de fizică interactivă. Macro-state, microstate. Temperatură, entropie. Recuperat din: sc.ehu.es
4. Structura microscopică a materiei. Recuperat de la: alipso.com
5. Wikipedia. Nivelul microscopic. Recuperat de la: wikipedia.com