MIKROSKOBIK ÖLÇEK: ÖZELLIKLER, PARÇACIKLARI SAYMA, ÖRNEKLER - FIZIKSEL - 2025

Mikroskopik ölçekte boyutları ve çıplak gözle görülemeyen uzunlukları ölçmek için kullanılan bir maddedir ve bu uzunluk bir milimetrenin altında bulunmaktadır. En yüksekten en düşüğe, metrik sistemdeki mikroskobik ölçekler şunlardır:

- Bir santimetrenin onda biri veya metrenin binde biri olan milimetre (1 mm). Bu ölçekte vücuttaki en büyük hücrelerden biri olan yumurta, boyutu 1.5 mm'dir.

Şekil 1. Kırmızı kan hücreleri, mikroskobik ölçekte hücrelerdir. Kaynak: Pixabay

- Milimetrenin onda biri (0,1 mm). Bu, bir insan saçının kalınlığının veya çapının ölçeğidir.

- Mikrometre veya mikron (1μm = 0.001mm). Bu ölçekte bitki ve hayvan hücreleri ve bakteriler vardır.

Bitki hücreleri 100μm mertebesindedir. Hayvan hücreleri on kat daha küçüktür, 10 μm mertebesindedir; bakteri ise hayvan hücrelerinden 10 kat daha küçüktür ve 1μm mertebesindedir.

Nano ölçek

Mikroskobik ölçekten bile daha küçük ölçümler vardır, ancak bunlar bazı özel bağlamlar dışında yaygın olarak kullanılmamaktadır. Burada en önemli nanometrik ölçümlerden bazılarını göreceğiz:

- Nanometre (1 ηm = 0.001 μm = 0.000001 mm) milimetrenin milyonda biridir. Bu ölçekte bazı virüsler ve moleküller var. Virüsler 10 m mertebesinde ve moleküller 1 m mertebesindedir.

- Angstrom (1Å = 0.1ηm = 0.0001μm = ^10-7 mm). Bu ölçüm, ölçeği veya atom boyutunu oluşturur.

- phantomometer (1FM = 0.00001Å = 0.000001ηm = 10 ^-12 mm). Bu, atomdan 10.000 ila 100.000 kat daha küçük olan atom çekirdeğinin ölçeğidir. Bununla birlikte, küçük boyutuna rağmen çekirdek, atom kütlesinin% 99,99'unu yoğunlaştırır.

- Atom çekirdeğinden daha küçük ölçekler vardır, çünkü bunlar protonlar ve nötronlar gibi parçacıklardan oluşur. Ancak dahası da var: bu parçacıklar da kuarklar gibi daha temel parçacıklardan oluşuyor.

Mikroskobik gözlem için aletler

Objeler milimetre ve mikrometre ölçekleri (1mm - 0.001mm) arasındayken optik mikroskopla gözlemlenebilirler.

Bununla birlikte, nesneler veya yapılar nanometre ile Angstrom arasındaysa, elektron mikroskopları veya nanoskop gerekli olacaktır.

Elektron mikroskobunda ışık yerine ışıktan çok daha kısa dalga boyuna sahip yüksek enerjili elektronlar kullanılır. Elektron mikroskobunun dezavantajı, vakum altında çalıştığı için içine canlı örnek yerleştirmenin mümkün olmamasıdır.

Bunun yerine, nanoskop lazer ışığı kullanıyor ve elektron mikroskobuna göre canlı bir hücredeki yapıların ve moleküllerin görüntülenip kazınabilmesi avantajına sahip.

Nanoteknoloji, nanometreden atom ölçeğine kadar değişen ölçeklerde devrelerin, yapıların, parçaların ve hatta motorların üretildiği teknolojidir.

Mikroskobik özellikler

Fizikte ilk yaklaşımda madde ve sistemlerin davranışı makroskopik bakış açısından incelenir. Bu paradigmadan madde sonsuz bölünebilir bir sürekliliktir; ve bu bakış açısı, günlük yaşamdaki birçok durum için geçerli ve uygundur.

Ancak makroskopik dünyadaki bazı fenomenler ancak maddenin mikroskobik özellikleri hesaba katıldığında açıklanabilir.

Mikroskobik açıdan maddenin moleküler ve atomik yapısı dikkate alınır. Makroskopik yaklaşımın aksine, bu ölçekte moleküller, atomlar ve hatta içlerinde boşluklar ve boşluklar olan granüler bir yapı vardır.

Fizikteki mikroskobik bakış açısının bir diğer özelliği, bir madde parçasının, ne kadar küçük olursa olsun, birbirinden ayrılmış ve sürekli hareket halinde olan muazzam sayıda parçacıktan oluşmasıdır.

- Mesele çok büyük bir boşluk

Küçük bir madde parçasında, atomlar arasındaki mesafe boyutlarına göre çok fazladır, ancak buna karşılık atomlar, kütlenin% 99,99'unun yoğunlaştığı kendi çekirdeklerine kıyasla çok büyüktür.

Yani, mikroskobik ölçekte bir madde parçası, toplam hacmin çok küçük bir bölümünü kaplayan atom ve çekirdek konsantrasyonlarına sahip devasa bir vakumdur. Bu anlamda mikroskobik ölçek, astronomik ölçeğe benzer.

Makroskopik nesnelerden atomun keşfine

Simyacı olan ilk kimyagerler, malzemelerin iki tipte olabileceğini fark ettiler: saf veya bileşik. Böylece kimyasal element fikrine ulaşıldı.

Keşfedilen ilk kimyasal elementler antik çağın yedi metaliydi: gümüş, altın, demir, kurşun, kalay, bakır ve cıva. Zamanla, diğerlerine ayrıştırılamayan maddeler bulunduğunda daha fazlası keşfedildi.

Daha sonra elementler, metaller ve ametallerdeki özelliklerine ve özelliklerine göre sınıflandırıldı. Benzer özelliklere ve kimyasal afiniteye sahip olanların hepsi aynı sütunda gruplandı ve böylece elementlerin periyodik tablosu ortaya çıktı.

Şekil 2. Elementlerin periyodik tablosu. Kaynak: wikimedia commons.

Elementlerden atom fikri değiştirildi, bölünmez anlamına gelen bir kelime. Kısa bir süre sonra bilim adamları atomların bir yapıya sahip olduğunu anladılar. Ek olarak, atomların iki tür elektrik yükü vardı (pozitif ve negatif).

Atomaltı parçacıklar

Rutherford'un ince bir altın plakanın atomlarını alfa parçacıklarıyla bombaladığı deneylerinde, atomun yapısı ortaya çıktı: elektronlarla çevrili küçük bir pozitif çekirdek.

Mikroskobik dünyanın sırlarını ve özelliklerini daha küçük ve daha küçük ölçekte çözmek için atomlar giderek daha fazla enerji parçacığıyla bombardımana tutuldu ve hala yapılıyor.

Bu şekilde, gerçek temel parçacıkların atomların oluşturduğu parçacıklar olduğunun tespit edildiği standart modele ulaşıldı. Buna karşılık, atomlar elementlere, bunlar bileşiklere ve bilinen tüm etkileşimlere (yerçekimi hariç) yol açar. Toplamda 12 parçacık var.

Bu temel parçacıkların ayrıca periyodik tabloları vardır. İki grup vardır: ½-spinli fermiyonik parçacıklar ve bozonik olanlar. Bozonlar etkileşimlerden sorumludur. Fermiyonikler 12'dir ve protonlara, nötronlara ve atomlara neden olanlardır.

Şekil 3. Temel parçacıklar. Kaynak: wikimedia commons.

Parçacıklar mikroskobik ölçekte nasıl sayılır?

Zamanla kimyagerler, kimyasal reaksiyonlardaki hassas ölçümlerden elementlerin göreceli kütlelerini keşfettiler. Böylece örneğin karbonun hidrojenden 12 kat daha ağır olduğu tespit edildi.

Hidrojen de en hafif element olarak belirlendi, bu nedenle bu elemente göreli kütle 1 atandı.

Öte yandan, kimyagerlerin bir reaksiyona dahil olan partikül sayısını bilmeleri gerekiyordu, böylece hiçbir reaktif fazla veya eksik kalmazdı. Örneğin, bir su molekülü iki hidrojen atomu ve bir oksijen gerektirir.

Bu öncüllerden köstebek kavramı doğmuştur. Herhangi bir maddenin bir molü, gram cinsinden moleküler veya atomik kütlesine eşdeğer sabit sayıda parçacıktır. Böylece 12 gram karbonun 1 gram hidrojen ile aynı sayıda partiküle sahip olduğu tespit edildi. Bu sayı, Avogadro'nun sayısı olarak bilinir: 6.02 x 10 ^ 23 parçacık.

-Örnek 1

1 gram altının içinde kaç altın atomu olduğunu hesaplayın.

Çözüm

Altının atom ağırlığı 197 olarak biliniyor. Bu veriler periyodik tabloda bulunabilir ve bir altın atomunun hidrojenden 197 kat, karbondan 197/12 = 16.416 kat daha ağır olduğunu gösterir.

Bir mol altın 6.02 × 10 ^ 23 atom içerir ve atom ağırlığı gram olarak yani 197 gramdır.

Bir gram altının içinde 1/197 mol altın vardır, yani 6.02 × 10 ^ 23 atom / 197 = 3.06 x10 ^ 23 altın atomu.

Örnek 2

Bu maddenin 150 gramındaki kalsiyum karbonat (CaCO ₃ ) moleküllerinin sayısını belirleyin . Ayrıca bu bileşikte kaç kalsiyum atomu, kaç karbon ve kaç oksijen olduğunu söyleyin.

Çözüm

Yapılacak ilk şey, kalsiyum karbonatın moleküler kütlesini belirlemektir. Periyodik tablo, kalsiyumun moleküler ağırlığının 40 g / mol, karbon 12 g / mol ve oksijenin 16 g / mol olduğunu gösterir.

Daha sonra (CaCO ₃ ) moleküler kütlesi şöyle olacaktır:

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

Her 100 gram kalsiyum karbonat 1 moldür. Yani 150 gramda 1.5 mol karşılık gelirler.

Her bir karbonat molü 6.02 x 10 ^ 23 karbonat molekülüne sahiptir, bu yüzden 1.5 mol karbonatta 9.03 x 10 ^ 23 molekül vardır.

Kısacası, 150 gram kalsiyum karbonatta:

- 9.03 x 10 ^ 23 molekülü kalsiyum karbonat.

- Kalsiyum atomları: 9.03 x 10 ^ 23.

- Ayrıca 9.03 x 10 ^ 23 karbon atomu

- Son olarak, 3 x 9.03 x 10 ^ 23 oksijen atomu = 27.09 x 10 ^ 23 oksijen atomu.

Referanslar

1. Uygulamalı biyoloji. Mikroskobik ölçümler nelerdir? Youtube.com adresinden kurtarıldı
2. Kimya Eğitimi. Madde üzerinde makroskobik, submikroskopik ve sembolik temsiller. Kurtarıldı: scielo.org.mx.
3. García A. Etkileşimli fizik kursu. Makro durumlar, mikro durumlar. Sıcaklık, Entropi. Kurtarıldığı kaynak: sc.ehu.es
4. Maddenin mikroskobik yapısı. Alipso.com adresinden kurtarıldı
5. Vikipedi. Mikroskobik seviye. Wikipedia.com adresinden kurtarıldı