סולם מיקרוסקופי: תכונות, ספירת חלקיקים, דוגמאות - גוּפָנִי - 2025

בקנה מידה מיקרוסקופי הוא אחד המשמש למדידת גדלים ואורכים שלא ניתן לראות בעין בלתי מזוינת וכי הם מתחת מילימטר באורך. מהגבוהים לנמוכים ביותר, מאזני המיקרוסקופ במערכת המטרית הם:

- המילימטר (1 מ"מ), שהוא עשירית סנטימטר או אלף מטר. בסולם זה יש לנו את אחד התאים הגדולים בגוף, שהוא הביצית, שגודלה 1.5 מ"מ.

איור 1. תאי דם אדומים הם תאים בסדר גודל מיקרוסקופי. מקור: pixabay

- עשירית המילימטר (0.1 מ"מ). זהו סולם העובי או הקוטר של שיער אדם.

- המיקרומטר או המיקרון (1 מיקרומטר = 0.001 מ"מ). בסולם זה נראים תאים וחיידקים של צמחים ובעלי חיים.

תאי צמחים הם בסדר גודל של 100 מיקרומטר. תאי בעלי חיים קטנים פי עשרה, הם בסדר גודל של 10 מיקרומטר; בעוד שחיידקים קטנים פי 10 מתאי בעלי החיים והם בסדר גודל של 1 מיקרומטר.

סולם ננו

ישנן מדידות אפילו קטנות יותר מהסולם המיקרוסקופי, אך הן אינן נפוצות למעט בהקשרים מיוחדים. כאן נראה כמה מהמדדים הננומטריים החשובים ביותר:

- הננומטר (1 ηm = 0.001 מיקרומטר = 0.000001 מ"מ) הוא מיליון המילימטר. בסולם זה ישנם כמה נגיפים ומולקולות. נגיפים הם בסדר גודל של 10 מ 'ומולקולות בסדר גודל של 1 מ'.

- The אנגסטרום (1A = 0.1ηm = 0.0001μm = 10 ^-7 מ"מ). מדידה זו יוצרת את הסולם או הגודל האטומי.

- The phantomometer (1fm = 0.00001Å = 0.000001ηm = 10 ^-12 מ"מ). זהו קנה המידה של גרעינים אטומיים, שהם קטנים יותר פי 10,000 ל- 100,000 פעמים מהאטום. עם זאת, למרות גודלו הקטן, הגרעין מרכז 99.99% מהמסה האטומית.

- ישנם קשקשים קטנים יותר מהגרעין האטומי, מכיוון שאלו מורכבים מחלקיקים כמו פרוטונים ונויטרונים. אבל יש יותר: החלקיקים האלה מורכבים בתורם מחלקיקים בסיסיים יותר כמו קווארקים.

מכשירים לתצפית מיקרוסקופית

כאשר עצמים נמצאים בין סולמות המילימטר והמיקרומטר (1 מ"מ - 0.001 מ"מ), ניתן לצפות בהם באמצעות מיקרוסקופ אופטי.

עם זאת, אם העצמים או המבנים הם בין ננומטרים לאנגסטרומים, אז יהיה צורך במיקרוסקופ אלקטרונים או בננוסקופ.

במיקרוסקופיית אלקטרונים, במקום אור, משתמשים באלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה שיש להם אורך גל קצר בהרבה מאשר האור. החיסרון של מיקרוסקופ האלקטרונים הוא שלא ניתן להציב בו דגימות חיות מכיוון שהוא עובד תחת ואקום.

במקום זאת, הננוסקופ משתמש באור לייזר, ויש לו את היתרון על פני מיקרוסקופיית אלקטרונים שניתן לראות ולחרוט את המבנים והמולקולות שבתא תא חי.

ננו-טכנולוגיה היא הטכנולוגיה בה מייצרים מעגלים, מבנים, חלקים ואפילו מנועים בסולם החל מהננומטר לסולם האטומי.

תכונות מיקרוסקופיות

בפיזיקה, בקירוב ראשון התנהגות החומר והמערכות נחקרת מנקודת המבט המאקרוסקופית. מפרדיגמה זו עניין הוא רצף שניתן לחלק אותו עד אינסוף; ונקודת מבט זו תקפה ומתאימה למצבים רבים בחיי היומיום.

עם זאת, ניתן להסביר כמה תופעות בעולם המקרוסקופי רק אם לוקחים בחשבון את התכונות המיקרוסקופיות של החומר.

בנקודת המבט המיקרוסקופית נלקח בחשבון המבנה המולקולרי והאטומי של החומר. בשונה מהגישה המקרוסקופית, בקנה מידה זה יש מבנה גרגרי עם פערים ורווחים בין מולקולות, אטומים ואפילו בתוכם.

המאפיין הנוסף של נקודת המבט המיקרוסקופית בפיזיקה הוא שחלק מהחומר, לא משנה כמה הוא קטן, מורכב ממספר עצום של חלקיקים המופרדים זה מזה ובתנועה מתמדת.

העניין הוא חלל עצום

בחלק קטן של חומר, המרחק בין אטומים הוא עצום בהשוואה לגודלם, אך בתורו האטומים הם עצומים בהשוואה לגרעינים שלהם, שבהם מרוכזים 99.99% מהמסה.

כלומר, חתיכת חומר בסולם המיקרוסקופי היא ואקום עצום עם ריכוזי אטומים וגרעינים התופסים חלק זעיר מהנפח הכולל. במובן זה, הסולם המיקרוסקופי דומה לסולם האסטרונומי.

מחפצים מקרוסקופיים ועד גילוי האטום

הכימאים הראשונים, שהיו האלכימאים, הבינו שהחומרים יכולים להיות משני סוגים: טהור או מורכב. כך הגיע הרעיון של יסודות כימיים.

היסודות הכימיים הראשונים שהתגלו היו שבע המתכות של ימי קדם: כסף, זהב, ברזל, עופרת, פח, נחושת וכספית. עם הזמן התגלו יותר כאשר התגלו חומרים שלא ניתן היה לפרקם לאחרים.

ואז האלמנטים סווגו על פי תכונותיהם ותכונותיהם במתכות ולא מתכות. כל אותם בעלי תכונות דומות וקרבה כימית אוגדו באותו טור וכך נוצרה הטבלה המחזורית של היסודות.

איור 2. טבלה תקופתית של האלמנטים. מקור: קומוני וויקימדיה.

מהיסודות, רעיון האטומים השתנה, מילה שמשמעותה אינה ניתנת לחלוקה. זמן קצר לאחר מכן, מדענים הבינו שלאטומים יש מבנה. בנוסף, לאטומים היו שני סוגים של מטען חשמלי (חיובי ושלילי).

חלקיקים תת - אטומיים

בניסויים של רתרפורד, בה הפציץ את האטומים של צלחת זהב דקה עם חלקיקי אלפא, נחשף מבנה האטום: גרעין חיובי קטן מוקף אלקטרונים.

אטומים הופצצו עם יותר ויותר חלקיקי אנרגיה והיא עדיין נעשית, על מנת לחשוף את סודות ותכונותיו של העולם המיקרוסקופי בקנה מידה קטן יותר וקטן יותר.

באופן זה הושג המודל הסטנדרטי, בו נקבע כי החלקיקים האלמנטריים האמיתיים הם אלו מהם מורכבים האטומים. בתורו, אטומים מולידים יסודות, אלה לתרכובות ולכל האינטראקציות הידועות (למעט הכבידה). בסך הכל ישנם 12 חלקיקים.

לחלקיקים היסודיים הללו יש גם את הטבלה המחזורית שלהם. ישנן שתי קבוצות: החלקיקים הפרמיוניים בעלי חצי סיבוב והחלקיקים הבוזוניים. הבוזונים אחראים לאינטראקציות. הפרמיוניקים הם 12 והם אלו שמולידים פרוטונים, נויטרונים ואטומים.

איור 3. חלקיקים בסיסיים. מקור: קומוני וויקימדיה.

כיצד לספור חלקיקים בסולם מיקרוסקופי?

עם הזמן גילו כימאים את ההמונים היחסיים של היסודות ממדידות מדויקות בתגובות כימיות. כך, למשל, נקבע כי הפחמן כבד פי 12 ממימן.

מימן נקבע גם כאל היסוד הקל ביותר, ולכן לאלמנט זה הוקצה מסה 1 יחסית.

מצד שני, כימאים נדרשים לדעת את מספר החלקיקים המעורבים בתגובה, כך ששום מגיב לא ייגמר או חסר. לדוגמא, מולקולת מים דורשת שני אטומי מימן וחמצן אחד.

מתוך הקודמים הללו נולד המושג שומה. שומה של כל חומר הוא מספר קבוע של חלקיקים השווים למסה המולקולרית או האטומית שלו בגרמים. כך נקבע כי ל- 12 גרם פחמן יש אותו מספר חלקיקים כמו 1 גרם מימן. המספר הזה ידוע כמספרו של אבוגדרו: 6.02 x 10 ^ 23 חלקיקים.

דוגמה 1

חשב כמה אטומי זהב הם בגרם זהב אחד.

פִּתָרוֹן

ידוע כי זהב הוא בעל משקל אטומי של 197. נתונים אלה ניתן למצוא בטבלה המחזורית ומעידים כי אטום זהב כבד פי 197 ממימן ו 197/12 = 16,416 פעמים כבד מפחמן.

שומה אחת של זהב יש 6.02 × 10 ^ 23 אטומים והיא בעלת המשקל האטומי בגרמים, כלומר 197 גרם.

בתוך גרם זהב ישנם 1/197 שומות זהב, כלומר 6.02 × 10 ^ 23 אטומים / 197 = 3.06 x10 ^ 23 אטומי זהב.

דוגמא 2

קבע את מספר המולקולות של סידן פחמתי (CaCO ₃ ) בכ -150 גרם של חומר זה. ספר גם כמה אטומי סידן, כמה פחמן וכמה חמצן יש בתרכובת זו.

פִּתָרוֹן

הדבר הראשון שצריך לעשות הוא לקבוע את המסה המולקולרית של הסידן פחמתי. הטבלה המחזורית מציינת כי לסידן משקל מולקולרי של 40 גרם / מול, פחמן 12 גר '/ מול, וחמצן 16 גרם / מול.

אז המסה המולקולרית של (CaCO ₃ ) תהיה:

40 גרם / מול + 12 גר '/ מול + 3 x 16 גר' / מול = 100 גר '/ מול

כל 100 גרם סידן פחמתי הוא 1 מולול. אז ב 150 גרם הם תואמים 1.5 שומות.

לכל שומה של קרבונט יש מולקולות של 6.02 x 10 ^ 23 פחמתי, כך שב -1.5 שומן של פחמתי יש 9.03 x 10 ^ 23 מולקולות.

בקיצור, ב -150 גרם סידן פחמתי ישנם:

- 9.03 x 10 ^ 23 מולקולות של סידן פחמתי.

- אטומי סידן: 9.03 x 10 ^ 23.

- גם 9.03 x 10 ^ 23 אטומי פחמן

- לבסוף, 3 x 9.03 x 10 ^ 23 אטומי חמצן = 27.09 x 10 ^ 23 אטומי חמצן.

הפניות

1. ביולוגיה יישומית. מהן המדידות המיקרוסקופיות? התאושש מ-: youtube.com
2. חינוך כימי. ייצוגים מקרוסקופיים, submicroscopic וסמלי על החומר. התאושש מ: scielo.org.mx.
3. קורס פיזיקה אינטראקטיבית בגרסיה א. מדינות מאקרו, מיקרוסטטים. טמפרטורה, אנטרופיה. התאושש מ: sc.ehu.es
4. המבנה המיקרוסקופי של החומר. התאושש מ: alipso.com
5. ויקיפדיה. רמת מיקרוסקופית. התאושש מ: wikipedia.com