- Quy mô nano
- Dụng cụ quan sát bằng kính hiển vi
- Tính chất hiển vi
- -Vật chất là một khoảng trống mênh mông
- Từ các vật thể vĩ mô đến khám phá ra nguyên tử
- Các hạt hạ nguyên tử
- Làm thế nào để đếm các hạt trên quy mô hiển vi?
- -Ví dụ 1
- Giải pháp
- -Ví dụ 2
- Giải pháp
- Người giới thiệu
Các vi mô là một trong đó được sử dụng để đo lường kích thước và độ dài mà không thể được nhìn thấy bằng mắt thường và dưới milimet chiều dài. Từ cao nhất đến thấp nhất, các thang đo cực nhỏ trong hệ mét là:
- Milimet (1 mm), là một phần mười của centimet hoặc một phần nghìn của mét. Trong quy mô này, chúng ta có một trong những tế bào lớn nhất trong cơ thể, đó là buồng trứng, có kích thước 1,5mm.
Hình 1. Tế bào hồng cầu là những tế bào ở quy mô hiển vi. Nguồn: pixabay
- Phần mười milimét (0,1 mm). Đây là thang đo độ dày hoặc đường kính của tóc người.
- Panme hoặc micrômet (1μm = 0,001mm). Ở quy mô này là tế bào động thực vật và vi khuẩn.
Tế bào thực vật có kích thước 100μm. Tế bào động vật nhỏ hơn mười lần, có kích thước 10μm; trong khi vi khuẩn nhỏ hơn 10 lần so với tế bào động vật và có kích thước 1μm.
Quy mô nano
Có những phép đo thậm chí còn nhỏ hơn tỷ lệ hiển vi, nhưng chúng không được sử dụng phổ biến ngoại trừ một số bối cảnh đặc biệt. Ở đây chúng ta sẽ thấy một số phép đo nanomet quan trọng nhất:
- Nanomet (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) là một phần triệu milimét. Trên quy mô này là một số vi rút và phân tử. Virus theo thứ tự 10m và phân tử theo thứ tự 1m.
- Angstrom (1Å = 0,1ηm = 0,0001μm = 10 -7 mm). Phép đo này tạo thành thang đo hoặc kích thước nguyên tử.
- Ảo kế (1fm = 0,00001Å = 0,000001ηm = 10 -12 mm). Đây là quy mô của hạt nhân nguyên tử, nhỏ hơn nguyên tử từ 10.000 đến 100.000 lần. Tuy nhiên, dù có kích thước nhỏ nhưng hạt nhân lại tập trung 99,99% khối lượng nguyên tử.
- Có quy mô nhỏ hơn hạt nhân nguyên tử, vì chúng được tạo thành từ các hạt như proton và nơtron. Nhưng còn nhiều hơn thế nữa: những hạt này lần lượt được tạo thành từ những hạt cơ bản hơn như quark.
Dụng cụ quan sát bằng kính hiển vi
Khi các vật thể ở giữa các thang đo milimét và micromet (1mm - 0,001mm), chúng có thể được quan sát bằng kính hiển vi quang học.
Tuy nhiên, nếu các vật thể hoặc cấu trúc nằm giữa nanomet và Angstrom, thì sẽ cần đến kính hiển vi điện tử hoặc kính nano.
Trong kính hiển vi điện tử, thay vì ánh sáng, người ta sử dụng các điện tử năng lượng cao có bước sóng ngắn hơn nhiều so với ánh sáng. Nhược điểm của kính hiển vi điện tử là không thể đặt các mẫu sống vào đó vì nó hoạt động dưới chân không.
Thay vào đó, kính nano sử dụng ánh sáng laser và nó có lợi thế hơn kính hiển vi điện tử là có thể nhìn và khắc các cấu trúc và phân tử trong tế bào sống.
Công nghệ nano là công nghệ mà các mạch điện, cấu trúc, bộ phận và thậm chí cả động cơ được sản xuất trên quy mô từ nanomet đến quy mô nguyên tử.
Tính chất hiển vi
Trong vật lý học, gần đúng đầu tiên hành vi của vật chất và hệ thống được nghiên cứu theo quan điểm vĩ mô. Từ mô hình này, vật chất là một thể liên tục có thể phân chia vô hạn; và quan điểm này có giá trị và phù hợp với nhiều tình huống trong cuộc sống hàng ngày.
Tuy nhiên, một số hiện tượng trong thế giới vĩ mô chỉ có thể được giải thích nếu tính đến các đặc tính vi mô của vật chất.
Theo quan điểm vi mô, cấu trúc phân tử và nguyên tử của vật chất được tính đến. Không giống như cách tiếp cận vĩ mô, ở quy mô này có một cấu trúc dạng hạt với những khoảng trống và khoảng trống giữa các phân tử, nguyên tử và thậm chí bên trong chúng.
Đặc điểm khác của quan điểm vi mô trong vật lý là một phần vật chất, dù nhỏ đến đâu, được cấu tạo bởi một số lượng rất lớn các hạt cách xa nhau và chuyển động liên tục.
-Vật chất là một khoảng trống mênh mông
Trong một mảnh vật chất nhỏ, khoảng cách giữa các nguyên tử là rất lớn khi so sánh với kích thước của chúng, nhưng đến lượt nó, các nguyên tử lại rất lớn khi so sánh với hạt nhân của chính chúng, nơi tập trung 99,99% khối lượng.
Có nghĩa là, một phần vật chất ở quy mô vi mô là một chân không khổng lồ với nồng độ các nguyên tử và hạt nhân chiếm một phần rất nhỏ trong tổng thể tích. Theo nghĩa này, tỷ lệ hiển vi tương tự như tỷ lệ thiên văn.
Từ các vật thể vĩ mô đến khám phá ra nguyên tử
Các nhà hóa học đầu tiên, những nhà giả kim, nhận ra rằng vật liệu có thể có hai loại: nguyên chất hoặc hợp chất. Do đó, ý tưởng về các nguyên tố hóa học đã ra đời.
Các nguyên tố hóa học đầu tiên được phát hiện là bảy kim loại thời cổ đại: bạc, vàng, sắt, chì, thiếc, đồng và thủy ngân. Theo thời gian, người ta đã phát hiện ra nhiều chất hơn vì các chất không thể phân hủy thành chất khác.
Sau đó, các nguyên tố được phân loại theo tính chất và đặc điểm của chúng trong kim loại và phi kim loại. Tất cả những chất có tính chất và ái lực hóa học giống nhau được xếp vào cùng một cột, và do đó bảng tuần hoàn các nguyên tố đã hình thành.
Hình 2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố. Nguồn: wikimedia commons.
Từ các nguyên tố, ý tưởng về nguyên tử đã được thay đổi, một từ có nghĩa là không thể phân chia. Một thời gian ngắn sau, các nhà khoa học nhận ra rằng nguyên tử thực sự có cấu trúc. Ngoài ra, các nguyên tử có hai loại điện tích (dương và âm).
Các hạt hạ nguyên tử
Trong thí nghiệm của Rutherford khi ông bắn phá các nguyên tử của một tấm vàng mỏng bằng các hạt alpha, cấu trúc của nguyên tử được tiết lộ: một hạt nhân dương nhỏ được bao quanh bởi các electron.
Các nguyên tử đã bị bắn phá với ngày càng nhiều hạt năng lượng và vẫn đang được thực hiện, để làm sáng tỏ những bí mật và tính chất của thế giới vi mô ở quy mô ngày càng nhỏ hơn.
Bằng cách này, mô hình chuẩn đã đạt được, trong đó nó được thiết lập rằng các hạt cơ bản thực sự là những hạt mà nguyên tử được cấu tạo. Đến lượt nó, các nguyên tử tạo ra các nguyên tố, các hợp chất này và tất cả các tương tác đã biết (ngoại trừ lực hấp dẫn). Tổng cộng có 12 hạt.
Các hạt cơ bản này cũng có bảng tuần hoàn của chúng. Có hai nhóm: các hạt fermionic ½ spin và các hạt bosonic. Các boson chịu trách nhiệm về các tương tác. Các fermion là 12 và là những thứ tạo ra proton, neutron và nguyên tử.
Hình 3. Các hạt cơ bản. Nguồn: wikimedia commons.
Làm thế nào để đếm các hạt trên quy mô hiển vi?
Theo thời gian, các nhà hóa học đã khám phá ra khối lượng tương đối của các nguyên tố từ các phép đo chính xác trong các phản ứng hóa học. Vì vậy, chẳng hạn, người ta đã xác định được rằng cacbon nặng hơn hydro 12 lần.
Hydro cũng được xác định là nguyên tố nhẹ nhất, vì vậy nguyên tố này được gán khối lượng tương đối 1.
Mặt khác, các nhà hóa học yêu cầu phải biết số lượng các hạt tham gia vào một phản ứng, để không có thuốc thử nào bị thừa hoặc thiếu. Ví dụ, một phân tử nước cần hai nguyên tử hydro và một oxy.
Từ những tiền nhân này, khái niệm về nốt ruồi được sinh ra. Một mol của bất kỳ chất nào là một số hạt cố định tương đương với khối lượng phân tử hoặc nguyên tử của nó tính bằng gam. Như vậy người ta xác định được rằng 12 gam cacbon có cùng số hạt với 1 gam hiđro. Con số đó được gọi là số Avogadro: 6,02 x 10 ^ 23 hạt.
-Ví dụ 1
Tính xem có bao nhiêu nguyên tử vàng trong 1 gam vàng.
Giải pháp
Vàng được biết là có trọng lượng nguyên tử là 197. Dữ liệu này có thể được tìm thấy trong bảng tuần hoàn và chỉ ra rằng một nguyên tử vàng nặng hơn hiđro 197 lần và nặng hơn cacbon 197/12 = 16,416 lần.
Một mol vàng có 6,02 × 10 ^ 23 nguyên tử và có khối lượng nguyên tử tính bằng gam, tức là 197 gam.
Trong một gam vàng có 1/197 mol vàng, tức là 6,02 × 10 ^ 23 nguyên tử / 197 = 3,06 x10 ^ 23 nguyên tử vàng.
-Ví dụ 2
Xác định số phân tử canxi cacbonat (CaCO 3 ) có trong 150 gam chất này. Đồng thời cho biết có bao nhiêu nguyên tử canxi, bao nhiêu cacbon và bao nhiêu oxi trong hợp chất này.
Giải pháp
Điều đầu tiên cần làm là xác định khối lượng phân tử của canxi cacbonat. Bảng tuần hoàn cho biết canxi có khối lượng phân tử là 40 g / mol, cacbon 12 g / mol và oxi 16 g / mol.
Khi đó phân tử khối của (CaCO 3 ) sẽ là:
40 g / mol + 12 g / mol + 3 x 16 g / mol = 100 g / mol
Cứ 100 gam canxi cacbonat là 1mol. Vì vậy, trong 150 gam chúng tương ứng với 1,5 mol.
Mỗi mol muối cacbonat có 6,02 x 10 ^ 23 phân tử cacbonat nên trong 1,5 mol muối cacbonat có 9,03 x 10 ^ 23 phân tử.
Tóm lại, trong 150 gam canxi cacbonat có:
- 9,03 x 10 ^ 23 phân tử canxi cacbonat.
- Nguyên tử canxi: 9,03 x 10 ^ 23.
- Ngoài ra 9,03 x 10 ^ 23 nguyên tử cacbon
- Cuối cùng, 3 x 9,03 x 10 ^ 23 nguyên tử oxy = 27,09 x 10 ^ 23 nguyên tử oxy.
Người giới thiệu
- Sinh học ứng dụng. Các phép đo hiển vi là gì? Khôi phục từ: youtube.com
- Giáo dục Hóa học. Các đại diện vĩ mô, vi mô và biểu tượng trên vật chất. Được khôi phục từ: scielo.org.mx.
- García A. Khóa học vật lý tương tác. Trạng thái vĩ mô, trạng thái vi mô. Nhiệt độ, Entropy. Khôi phục từ: sc.ehu.es
- Cấu trúc vi mô của vật chất. Phục hồi từ: alipso.com
- Wikipedia. Mức độ hiển vi. Khôi phục từ: wikipedia.com