Proprietà in scala microscopica, particelle di conteggio, esempi

IL Scala microscopica È uno che viene utilizzato per misurare le dimensioni e le lunghezze che non possono essere viste ad occhio nudo e che sono sotto il millimetro di lunghezza. Dall'alto al più basso, le scale microscopiche nel sistema metrico sono:

- Il millimetro (1 mm), che è il decimo di un centimetro o il millesimo di un metro. In questo è la scala che abbiamo una delle cellule più grandi del corpo, che è l'ovulo, le cui dimensioni sono 1,5 mm.

Figura 1. I globuli rossi sono cellule in scala microscopica. Fonte: Pixabay

- Il decimo di un millimetro (0,1 mm). Questa è la scala dello spessore o del diametro dei capelli umani.

- Il micrometro o la micra (1μm = 0,001 mm). Su questa scala ci sono cellule e batteri vegetali e animali.

Le cellule vegetali sono dell'ordine di 100 μm. Le cellule animali sono dieci volte minori, è dell'ordine di 10 μm; Mentre i batteri sono 10 volte meno delle cellule animali e sono dell'ordine di 1μm.

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Scala nanometrica

Esistono misure anche più piccole rispetto alla scala microscopica, ma che di solito non sono utilizzate se non in alcuni contesti speciali. Successivamente vedremo alcune delle misure nanometriche più importanti:

- Il nanometro (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) è il milionesimo di un millimetro. Su questa scala ci sono alcuni virus e molecole. I virus sono dell'ordine del 10ηm e le molecole dell'ordine di 1ηm.

- L'angstrom (1å = 0,1ηm = 0,0001μm = 10^-7mm). Questa misura costituisce la scala o la dimensione atomica.

- Il fantometro (1fm = 0,00001å = 0,000001ηm = 10^-12mm). Questa è la scala dei nuclei atomici, che sono tra 10mila e 100 mila volte più piccoli dell'atomo. Tuttavia, nonostante le sue piccole dimensioni, il nucleo concentra il 99,99% della massa atomica.

- Ci sono scale più piccole al nucleo atomico, poiché sono costituite da particelle come protoni e neutroni. Ma ce ne sono di più: queste particelle sono a loro volta costituite da particelle più fondamentali come i quark.

Strumenti per l'osservazione microscopica

Quando gli oggetti sono tra millimetro e scala micrometrica (1 mm - 0,001 mm), possono essere osservati con un microscopio ottico.

Tuttavia, se gli oggetti o le strutture sono tra i nanometri e l'angstrom, saranno necessari microscopi elettronici o nanoscopi.

Nella microscopia elettronica invece di elettroni ad alta energia leggera vengono utilizzati che hanno una lunghezza d'onda molto più bassa rispetto alla luce. Lo svantaggio del microscopio elettronico è che non è possibile.

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D'altra parte, la luce laser viene utilizzata nel nanoscopio e ha il vantaggio sulla microscopia elettronica che le strutture e le molecole possono essere guardate e registrate all'interno di una cellula vivente.

La nanotecnologia è la tecnologia con cui circuiti, strutture, parti e persino motori sono fabbricati sulla bilancia che vanno dal nanometro alla scala atomica.

Proprietà microscopiche

In fisica, in un primo approccio il comportamento della materia e dei sistemi è studiato dal punto di vista macroscopico. Da questo paradigma la questione è un continuum infinitamente divisibile; E questo punto di vista è valido e adeguato per molte situazioni della vita di tutti i giorni.

Tuttavia, alcuni fenomeni del mondo macroscopico hanno una spiegazione solo se le proprietà microscopiche della questione sono prese in considerazione.

Nel punto di vista microscopico, la struttura molecolare e atomica della questione è presa in considerazione. A differenza dell'approccio macroscopico, su questa scala c'è una struttura granulare con buchi e spazi tra molecole, atomi e persino all'interno di questi.

L'altra caratteristica del punto di vista microscopico in fisica è che un pezzo di materia non importa quanto piccola, sia composta da un numero enorme di particelle separate l'una dall'altra e nel movimento continuo.

-La materia è un immenso vuoto

In una piccola torta.

Cioè, un pezzo di materia sulla scala microscopica è un vuoto enorme con concentrazioni di atomi e nuclei che occupano una frazione molto piccola del volume totale totale. In questo senso, la scala microscopica ha una somiglianza con la scala astronomica.

Di oggetti macroscopici alla scoperta dell'atomo

I primi prodotti chimici, che erano gli alchimisti, si resero conto che i materiali potevano essere di due tipi: puri o composti. Ciò ha raggiunto l'idea degli elementi chimici.

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I primi elementi chimici furono scoperti furono i sette metalli dell'antichità: argento, oro, ferro, piombo, stagno, rame e mercurio. Nel tempo sono stati scoperti di più nella misura in cui sono state trovate sostanze che non potevano decomporsi in altri.

Quindi gli elementi sono stati classificati in base alle loro proprietà e caratteristiche in metalli e non metalli. Tutti coloro che avevano proprietà chimiche e affinità simili.

figura 2. Tabella periodica degli elementi. Fonte: Wikimedia Commons.

Dagli elementi è andato all'idea degli atomi, una parola che significa indivisibile. Poco tempo dopo gli scienziati hanno notato che gli atomi avevano una struttura. Inoltre, gli atomi avevano due tipi di carica elettrica (positivo e negativo).

Particelle subatomiche

Negli esperimenti di Rutherford in cui ha bombardato gli atomi di una sottile piastra d'oro con particelle alfa, è stata rivelata la struttura dell'atomo: un piccolo nucleo positivo circondato da elettroni.

Hanno continuato a bombardare gli atomi di sempre più particelle di energia e ancora essere fatti, al fine di svelare i segreti e le proprietà del mondo microscopico sempre più su scala ridotta.

In questo modo, è stato raggiunto il modello standard, che stabilisce che le vere particelle elementari sono quelle di cui sono composti gli atomi. A loro volta, gli atomi danno origine agli elementi, questi ai composti e tutte le interazioni conosciute (tranne la gravitazione). In totale ci sono 12 particelle.

Queste particelle fondamentali hanno anche la loro tavola periodica. Ci sono due gruppi: le particelle fermioniche di spin ½ e il bosonico. Bosonic sono responsabili delle interazioni. I fermionici sono 12 e sono quelli che danno origine a protoni, neutroni e atomi.

Figura 3. Particelle fondamentali. Fonte: Wikimedia Commons.

Come contare le particelle su scala microscopica?

Nel tempo i chimici stavano scoprendo le masse relative degli elementi da misurazioni precise nelle reazioni chimiche. Ad esempio, si potrebbe determinare che il carbonio è 12 volte più pesante dell'idrogeno.

È stato anche determinato che l'idrogeno è l'elemento più leggero, quindi a questo elemento è stato assegnato la massa relativa 1.

D'altra parte, le sostanze chimiche necessarie per conoscere il numero di particelle coinvolte in una reazione, in modo che nessuno dei reagenti manca. Ad esempio una molecola d'acqua richiede due atomi di idrogeno e un ossigeno.

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Da questo sfondo è nato il concetto di mol. Un mole di qualsiasi sostanza è una quantità fissa di particelle equivalenti alla sua massa molecolare o atomica nei grammi. Quindi è stato determinato che 12 grammi di carbonio hanno lo stesso numero di particelle di 1 grammo di idrogeno. Quel numero è noto come numero Avogadro: 6.02 x 10^23 Particelle.

-Esempio 1 

Calcola quanti atomi d'oro sono in 1 grammo di oro.

Soluzione 

È noto che l'oro ha un peso atomico di 197. Questi dati possono essere trovati nella tabella periodica e indicano che un atomo d'oro è 197 volte più pesante di uno di idrogeno e 197/12 = 16.416 volte più pesante del carbonio.

Una mol d'oro ha atomi 6,02 × 10^23 e ha il peso atomico espresso in grammi, cioè 197 grammi.

In un grammo di oro ci sono 1/197 moli d'oro, ovvero 6,02 × 10^23átomos/197 = 3.06 x10^23 atomi d'oro.

-Esempio 2

Determina il numero di molecole di carbonato di calcio (Caco₃) che ci sono in 150 grammi di questa sostanza. Dì anche quanti atomi di calcio, quanti carbonio e quanti ossigeno ci sono in questo composto.

Soluzione 

La prima cosa è determinare la massa molecolare del carbonato di calcio. La tabella periodica indica che il calcio ha un peso molecolare di 40 g/mol, carbonio 12 g/mol e ossigeno 16 g/mol.

Quindi la massa molecolare di (Caco₃) Essere :

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

Ogni 100 grammi di carbonato di calcio sono 1 MOL. Quindi in 150 grammi corrispondono a 1,5 moli.

Ogni mole di carbonato ha 6,02 x 10^23 molecole di carbonato, quindi in 1,5 moli di carbonato ci sono 9,03 x 10^23 molecole.

Riassumendo, in 150 grammi di carbonato di calcio ci sono:

- 9,03 x 10^23 molecole di carbonato di calcio.

- Atomi di calcio: 9.03 x 10^23 .

- Anche 9,03 x 10^23 atomi di carbonio

- Infine, 3 x 9,03 x 10^23 atomi di ossigeno = 27,09 x 10^23 atomi di ossigeno.

Riferimenti

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2. Istruzione chimica. Rappresentazioni macroscopiche, submicroscopiche e simboliche sulla materia. Recuperato da: scielo.org.MX.
3. Garcia a. Corso di fisica interattiva. Macro -stato, microstati. Temperatura, entropia. Estratto da: SC.Ehu.È
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