MIKROSKOPISCHE SKALA: EIGENSCHAFTEN, PARTIKELZÄHLUNG, BEISPIELE - KÖRPERLICH - 2025

Mit der mikroskopischen Skala werden Größen und Längen gemessen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind und deren Länge unter einem Millimeter liegt. Vom höchsten zum niedrigsten sind die mikroskopischen Skalen im metrischen System:

- Der Millimeter (1 mm), der ein Zehntel Zentimeter oder ein Tausendstel Meter ist. In dieser Skala haben wir eine der größten Zellen im Körper, nämlich die Eizelle mit einer Größe von 1,5 mm.

Abbildung 1. Rote Blutkörperchen sind Zellen im mikroskopischen Maßstab. Quelle: pixabay

- Der Zehntel Millimeter (0,1 mm). Dies ist die Skala der Dicke oder des Durchmessers eines menschlichen Haares.

- Das Mikrometer oder Mikrometer (1 μm = 0,001 mm). Auf dieser Skala befinden sich pflanzliche und tierische Zellen und Bakterien.

Pflanzenzellen liegen in der Größenordnung von 100 um. Tierzellen sind zehnmal kleiner, sie liegen in der Größenordnung von 10 um; während Bakterien 10-mal kleiner als tierische Zellen sind und in der Größenordnung von 1 & mgr; m liegen.

Nanoskala

Es gibt Messungen, die noch kleiner als der mikroskopische Maßstab sind, aber sie werden nur in bestimmten Kontexten häufig verwendet. Hier sehen wir einige der wichtigsten nanometrischen Messungen:

- Der Nanometer (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) ist ein Millionstel Millimeter. Auf dieser Skala befinden sich einige Viren und Moleküle. Viren liegen in der Größenordnung von 10 m und Moleküle in der Größenordnung von 1 m.

- Der Angstrom (1 Å = 0,1 um = 0,0001 um = 10 bis ⁷ mm). Diese Messung bildet die Skala oder Atomgröße.

- Die phantomometer (1FM = 0.00001Å = 0.000001ηm = 10 ^-12 mm). Dies ist die Skala der Atomkerne, die zwischen 10.000 und 100.000 Mal kleiner als das Atom sind. Trotz seiner geringen Größe konzentriert der Kern 99,99% der Atommasse.

- Es gibt kleinere Maßstäbe als der Atomkern, da diese aus Teilchen wie Protonen und Neutronen bestehen. Aber es gibt noch mehr: Diese Partikel bestehen wiederum aus grundlegenderen Partikeln wie Quarks.

Instrumente zur mikroskopischen Beobachtung

Wenn sich Objekte zwischen Millimeter- und Mikrometerskala (1 mm - 0,001 mm) befinden, können sie mit einem optischen Mikroskop beobachtet werden.

Befinden sich die Objekte oder Strukturen jedoch zwischen Nanometern und Angström, sind Elektronenmikroskope oder das Nanoskop erforderlich.

In der Elektronenmikroskopie werden anstelle von Licht hochenergetische Elektronen verwendet, die eine viel kürzere Wellenlänge als Licht haben. Der Nachteil des Elektronenmikroskops besteht darin, dass keine lebenden Proben darin platziert werden können, da es unter Vakuum arbeitet.

Stattdessen verwendet das Nanoskop Laserlicht und hat gegenüber der Elektronenmikroskopie den Vorteil, dass die Strukturen und Moleküle in einer lebenden Zelle betrachtet und geätzt werden können.

Nanotechnologie ist die Technologie, mit der Schaltkreise, Strukturen, Teile und sogar Motoren in Maßstäben von Nanometer bis Atom hergestellt werden.

Mikroskopische Eigenschaften

In der Physik wird in erster Näherung das Verhalten von Materie und Systemen unter makroskopischen Gesichtspunkten untersucht. Von diesem Paradigma ist Materie ein unendlich teilbares Kontinuum; und dieser Standpunkt ist für viele Situationen im täglichen Leben gültig und angemessen.

Einige Phänomene in der makroskopischen Welt können jedoch nur erklärt werden, wenn die mikroskopischen Eigenschaften der Materie berücksichtigt werden.

Aus mikroskopischer Sicht wird die molekulare und atomare Struktur der Materie berücksichtigt. Im Gegensatz zum makroskopischen Ansatz gibt es auf dieser Skala eine körnige Struktur mit Lücken und Zwischenräumen zwischen Molekülen, Atomen und sogar innerhalb dieser.

Das andere Merkmal des mikroskopischen Gesichtspunkts in der Physik ist, dass ein noch so kleines Stück Materie aus einer enormen Anzahl von Teilchen besteht, die voneinander getrennt sind und sich kontinuierlich bewegen.

-Die Sache ist eine immense Leere

In einem kleinen Stück Materie ist der Abstand zwischen Atomen im Vergleich zu ihrer Größe enorm, aber die Atome sind im Vergleich zu ihren eigenen Kernen, in denen 99,99% der Masse konzentriert sind, enorm.

Das heißt, ein Stück Materie im mikroskopischen Maßstab ist ein riesiges Vakuum mit Konzentrationen von Atomen und Kernen, die einen sehr kleinen Bruchteil des Gesamtvolumens einnehmen. In diesem Sinne ähnelt die mikroskopische Skala der astronomischen Skala.

Von makroskopischen Objekten bis zur Entdeckung des Atoms

Die ersten Chemiker, die Alchemisten waren, erkannten, dass es zwei Arten von Materialien geben konnte: reine oder zusammengesetzte. So entstand die Idee chemischer Elemente.

Die ersten entdeckten chemischen Elemente waren die sieben Metalle der Antike: Silber, Gold, Eisen, Blei, Zinn, Kupfer und Quecksilber. Im Laufe der Zeit wurden mehr entdeckt, als Substanzen gefunden wurden, die nicht in andere zerlegt werden konnten.

Dann wurden die Elemente nach ihren Eigenschaften und Merkmalen in Metallen und Nichtmetallen klassifiziert. Alle diejenigen, die ähnliche Eigenschaften und chemische Affinität hatten, wurden in derselben Spalte zusammengefasst, und so entstand das Periodensystem der Elemente.

Abbildung 2. Periodensystem der Elemente. Quelle: Wikimedia Commons.

Von den Elementen wurde die Idee der Atome geändert, ein Wort, das unteilbar bedeutet. Kurze Zeit später stellten Wissenschaftler fest, dass Atome eine Struktur haben. Zusätzlich hatten die Atome zwei Arten elektrischer Ladung (positiv und negativ).

Subatomare Partikel

In Rutherfords Experimenten, in denen er die Atome einer dünnen Goldplatte mit Alpha-Partikeln bombardierte, wurde die Struktur des Atoms enthüllt: ein kleiner positiver Kern, umgeben von Elektronen.

Atome wurden mit immer mehr Energieteilchen bombardiert und werden immer noch eingesetzt, um die Geheimnisse und Eigenschaften der mikroskopischen Welt in immer kleinerem Maßstab zu enträtseln.

Auf diese Weise wurde das Standardmodell erreicht, in dem festgestellt wird, dass die wahren Elementarteilchen diejenigen sind, aus denen Atome bestehen. Atome wiederum führen zu Elementen, zu Verbindungen und zu allen bekannten Wechselwirkungen (außer Gravitation). Insgesamt gibt es 12 Partikel.

Diese Grundpartikel haben auch ihr Periodensystem. Es gibt zwei Gruppen: die fermionischen ½-Spin-Teilchen und die bosonischen. Die Bosonen sind für die Wechselwirkungen verantwortlich. Die Fermionik ist 12 und führt zu Protonen, Neutronen und Atomen.

Abbildung 3. Grundlegende Partikel. Quelle: Wikimedia Commons.

Wie werden Partikel im mikroskopischen Maßstab gezählt?

Im Laufe der Zeit entdeckten Chemiker die relativen Massen der Elemente aus präzisen Messungen in chemischen Reaktionen. So wurde beispielsweise festgestellt, dass Kohlenstoff 12-mal schwerer als Wasserstoff ist.

Es wurde auch festgestellt, dass Wasserstoff das leichteste Element ist, daher wurde diesem Element die relative Masse 1 zugewiesen.

Andererseits mussten Chemiker die Anzahl der an einer Reaktion beteiligten Partikel kennen, damit kein Reagenz mehr vorhanden ist oder fehlt. Beispielsweise benötigt ein Wassermolekül zwei Wasserstoffatome und einen Sauerstoff.

Aus diesen Vorgeschichten wird das Konzept des Maulwurfs geboren. Ein Mol einer Substanz ist eine feste Anzahl von Partikeln, die ihrer Molekül- oder Atommasse in Gramm entspricht. Somit wurde festgestellt, dass 12 g Kohlenstoff die gleiche Anzahl von Partikeln aufweisen wie 1 g Wasserstoff. Diese Zahl ist als Avogadro-Zahl bekannt: 6,02 x 10 ^ 23 Partikel.

-Beispiel 1

Berechnen Sie, wie viele Goldatome in 1 Gramm Gold enthalten sind.

Lösung

Es ist bekannt, dass Gold ein Atomgewicht von 197 hat. Diese Daten sind im Periodensystem zu finden und zeigen, dass ein Goldatom 197-mal schwerer als Wasserstoff und 197/12 = 16.416-mal schwerer als Kohlenstoff ist.

Ein Mol Gold hat 6,02 × 10 ^ 23 Atome und das Atomgewicht in Gramm, dh 197 Gramm.

In einem Gramm Gold befinden sich 1/197 Mol Gold, dh 6,02 × 10 ^ 23 Atome / 197 = 3,06 × 10 ^ 23 Goldatome.

-Beispiel 2

Bestimmen Sie die Anzahl der Calciumcarbonatmoleküle (CaCO ₃ ) in 150 g dieser Substanz. Sagen Sie auch, wie viele Kalziumatome, wie viel Kohlenstoff und wie viel Sauerstoff in dieser Verbindung enthalten sind.

Lösung

Als erstes muss die Molekülmasse des Calciumcarbonats bestimmt werden. Das Periodensystem zeigt, dass Calcium ein Molekulargewicht von 40 g / mol, Kohlenstoff 12 g / mol und Sauerstoff 16 g / mol hat.

Dann ist die Molmasse von (CaCO ₃ ):

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

Alle 100 Gramm Calciumcarbonat sind 1 Mol. In 150 Gramm entsprechen sie also 1,5 Mol.

Jedes Mol Carbonat hat 6,02 x 10 ^ 23 Carbonatmoleküle, so dass in 1,5 Mol Carbonat 9,03 x 10 ^ 23 Moleküle vorhanden sind.

Kurz gesagt, in 150 Gramm Calciumcarbonat sind enthalten:

- 9,03 x 10 ^ 23 Moleküle Calciumcarbonat.

- Calciumatome: 9,03 x 10 ^ 23.

- Auch 9,03 x 10 ^ 23 Kohlenstoffatome

- Schließlich sind 3 x 9,03 x 10 ^ 23 Sauerstoffatome = 27,09 x 10 ^ 23 Sauerstoffatome.

Verweise

1. Angewandte Biologie. Was sind die mikroskopischen Messungen? Wiederhergestellt von: youtube.com
2. Chemische Ausbildung. Makroskopische, submikroskopische und symbolische Darstellungen von Materie. Wiederhergestellt von: scielo.org.mx.
3. García A. Interaktiver Physikkurs. Makrozustände, Mikrozustände. Temperatur, Entropie. Wiederhergestellt von: sc.ehu.es
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5. Wikipedia. Mikroskopische Ebene. Wiederhergestellt von: wikipedia.com