المقياس المجهري: الخصائص ، عد الجسيمات ، أمثلة - جسدي - بدني - 2025

على نطاق والمجهرية واحد هو أن يستخدم لقياس الأحجام والأطوال التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة والتي هي أقل من ملليمتر في الطول. من الأعلى إلى الأدنى ، المقاييس المجهرية في النظام المتري هي:

- المليمتر (1 مم) ، وهو عُشر السنتيمتر أو واحد على الألف من المتر. في هذا المقياس لدينا واحدة من أكبر الخلايا في الجسم وهي البويضة التي يبلغ حجمها 1.5 ملم.

الشكل 1. خلايا الدم الحمراء عبارة عن خلايا بمقياس مجهري. المصدر: pixabay

- عُشر ملليمتر (0.1 مم). هذا هو مقياس سمك أو قطر شعرة الإنسان.

- الميكرومتر أو الميكرون (1 ميكرومتر = 0.001 مم). على هذا المقياس توجد الخلايا النباتية والحيوانية والبكتيريا.

الخلايا النباتية بترتيب 100 ميكرومتر. الخلايا الحيوانية أصغر بعشر مرات ، وهي في حدود 10 ميكرومتر ؛ بينما البكتيريا أصغر بعشر مرات من الخلايا الحيوانية وتصل إلى 1 ميكرومتر.

مقياس النانو

هناك قياسات أصغر حتى من المقياس المجهري ، لكنها لا تستخدم بشكل شائع إلا في بعض السياقات الخاصة. سنرى هنا بعض أهم القياسات النانومترية:

- النانومتر (1 ميكرومتر = 0.001 ميكرومتر = 0.000001 مم) هو واحد على مليون من المليمتر. على هذا المقياس توجد بعض الفيروسات والجزيئات. الفيروسات بترتيب 10 م والجزيئات بترتيب 1 م.

- وانجستروم (1A = = 0.1ηm 0.0001μm = 10 ^-7 مم). هذا القياس يشكل المقياس أو الحجم الذري.

- وphantomometer (1fm = = 0.00001Å 0.000001ηm = 10 ^-12 مم). هذا هو مقياس النوى الذرية ، والذي يتراوح بين 10000 و 100000 مرة أصغر من الذرة. ومع ذلك ، على الرغم من صغر حجمها ، إلا أن النواة تركز 99.99٪ من الكتلة الذرية.

- توجد مقاييس أصغر من نواة الذرة ، لأنها تتكون من جسيمات مثل البروتونات والنيوترونات. لكن هناك المزيد: تتكون هذه الجسيمات بدورها من جسيمات أساسية أكثر مثل الكواركات.

أدوات المراقبة المجهرية

عندما تكون الأشياء بين مقاييس المليمتر والميكرومتر (1 مم - 0.001 مم) ، يمكن ملاحظتها باستخدام المجهر الضوئي.

ومع ذلك ، إذا كانت الأجسام أو الهياكل بين نانومتر وأنجستروم ، فستكون هناك حاجة إلى مجاهر إلكترونية أو منظار النانو.

في المجهر الإلكتروني ، بدلاً من الضوء ، تُستخدم الإلكترونات عالية الطاقة التي لها طول موجي أقصر بكثير من الضوء. عيب المجهر الإلكتروني أنه لا يمكن وضع عينات حية فيه لأنه يعمل تحت التفريغ.

بدلاً من ذلك ، يستخدم المنظار النانوي ضوء الليزر ، وله ميزة على المجهر الإلكتروني أنه يمكن رؤية الهياكل والجزيئات داخل الخلية الحية وحفرها.

تقنية النانو هي التقنية التي يتم من خلالها تصنيع الدوائر والهياكل والأجزاء وحتى المحركات على مستويات تتراوح من النانومتر إلى المقياس الذري.

الخصائص المجهرية

في الفيزياء ، في أول تقدير تقريبي ، تتم دراسة سلوك المادة والأنظمة من وجهة نظر عيانية. من هذا النموذج ، فإن الأمر هو سلسلة متصلة لا نهائية قابلة للقسمة ؛ ووجهة النظر هذه صحيحة ومناسبة للعديد من المواقف في الحياة اليومية.

ومع ذلك ، لا يمكن تفسير بعض الظواهر في العالم العياني إلا إذا تم أخذ الخصائص المجهرية للمادة في الاعتبار.

من وجهة النظر المجهرية ، يتم أخذ التركيب الجزيئي والذري للمادة في الاعتبار. على عكس النهج العياني ، يوجد على هذا المقياس بنية حبيبية بها فجوات ومسافات بين الجزيئات والذرات وحتى داخلها.

السمة الأخرى من وجهة النظر المجهرية في الفيزياء هي أن قطعة من المادة ، مهما كانت صغيرة ، تتكون من عدد كبير من الجسيمات منفصلة عن بعضها البعض وفي حركة مستمرة.

-المسألة فراغ هائل

في جزء صغير من المادة ، تكون المسافة بين الذرات هائلة عند مقارنتها بحجمها ، لكن الذرات بدورها هائلة عند مقارنتها بنواتها ، حيث تتركز 99.99٪ من الكتلة.

وهذا يعني أن قطعة من المادة بالمقياس المجهري عبارة عن فراغ ضخم بتركيزات من الذرات والنوى التي تشغل جزءًا صغيرًا جدًا من الحجم الكلي. بهذا المعنى ، فإن المقياس المجهري يشبه المقياس الفلكي.

من الأجسام العيانية إلى اكتشاف الذرة

أدرك الكيميائيون الأوائل ، وهم الكيميائيون ، أن المواد يمكن أن تكون من نوعين: نقية أو مركبة. وهكذا تم التوصل إلى فكرة العناصر الكيميائية.

كانت العناصر الكيميائية الأولى التي تم اكتشافها هي المعادن السبعة في العصور القديمة: الفضة والذهب والحديد والرصاص والقصدير والنحاس والزئبق. بمرور الوقت ، تم اكتشاف المزيد حيث تم العثور على مواد لا يمكن أن تتحلل إلى مواد أخرى.

ثم تم تصنيف العناصر حسب خصائصها وخصائصها في المعادن واللافلزات. تم تجميع كل تلك التي لها خصائص متشابهة وتقارب كيميائي في نفس العمود ، وبالتالي نشأ الجدول الدوري للعناصر.

الشكل 2. الجدول الدوري للعناصر. المصدر: wikimedia commons.

من العناصر ، تم تغيير فكرة الذرات ، وهي كلمة تعني غير قابلة للتجزئة. بعد وقت قصير ، أدرك العلماء أن الذرات لها بنية. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الذرات على نوعين من الشحنات الكهربائية (موجبة وسالبة).

الجسيمات دون الذرية

في تجارب رذرفورد التي قصف فيها ذرات لوح ذهبي رفيع بجسيمات ألفا ، تم الكشف عن بنية الذرة: نواة موجبة صغيرة محاطة بالإلكترونات.

تم قصف الذرات بمزيد والمزيد من جزيئات الطاقة ولا يزال يتم القيام بذلك ، من أجل كشف أسرار وخصائص العالم المجهري على نطاق أصغر وأصغر.

وبهذه الطريقة ، تم الوصول إلى النموذج القياسي ، الذي ثبت فيه أن الجسيمات الأولية الحقيقية هي تلك التي تتكون منها الذرات. في المقابل ، تنتج الذرات عناصر ، وهذه المركبات ، وجميع التفاعلات المعروفة (باستثناء الجاذبية). في المجموع هناك 12 جسيم.

هذه الجسيمات الأساسية لها جدولها الدوري أيضًا. هناك مجموعتان: جسيمات الفرميونات ½-spin والجسيمات البوزونية. البوزونات هي المسؤولة عن التفاعلات. الفرميونات هي 12 وهي تلك التي تنتج البروتونات والنيوترونات والذرات.

الشكل 3. الجسيمات الأساسية. المصدر: wikimedia commons.

كيف نحسب الجسيمات على نطاق مجهري؟

بمرور الوقت ، اكتشف الكيميائيون الكتل النسبية للعناصر من القياسات الدقيقة في التفاعلات الكيميائية. وهكذا ، على سبيل المثال ، تم تحديد أن الكربون أثقل 12 مرة من الهيدروجين.

تم تحديد الهيدروجين أيضًا ليكون أخف عنصر ، لذلك تم تخصيص كتلة نسبية لهذا العنصر 1.

من ناحية أخرى ، طلب الكيميائيون معرفة عدد الجسيمات المتضمنة في التفاعل ، حتى لا يكون هناك كاشف زائد أو مفقود. على سبيل المثال ، يتطلب جزيء الماء ذرتين هيدروجين وأكسجين واحد.

من هذه السوابق ولد مفهوم الخلد. الخلد في أي مادة هو عدد ثابت من الجسيمات يعادل كتلته الجزيئية أو الذرية بالجرام. وهكذا تم تحديد أن 12 جرامًا من الكربون لها نفس عدد الجسيمات مثل 1 جرام من الهيدروجين. يُعرف هذا الرقم برقم أفوجادرو: 6.02 × 10 ^ 23 جسيمًا.

-مثال 1

احسب عدد ذرات الذهب في جرام واحد من الذهب.

المحلول

من المعروف أن الذهب له وزن ذري يبلغ 197. ويمكن العثور على هذه البيانات في الجدول الدوري وتشير إلى أن ذرة الذهب أثقل بـ 197 مرة من الهيدروجين و 197/12 = أثقل من 16.416 مرة من الكربون.

يحتوي مول واحد من الذهب على 6.02 × 10 ^ 23 ذرة ويبلغ وزنه الذري بالجرام ، أي 197 جرامًا.

يوجد في جرام الذهب 1/197 مول من الذهب ، أي 6.02 × 10 ^ 23 ذرة / 197 = 3.06 × 10 ^ 23 ذرة ذهب.

- مثال 2

تحديد عدد جزيئات كربونات الكالسيوم (CaCO ₃) في 150 جرام من هذه المادة. أخبر أيضًا عن عدد ذرات الكالسيوم وعدد الكربون وعدد الأكسجين في هذا المركب.

المحلول

أول شيء يجب فعله هو تحديد الكتلة الجزيئية لكربونات الكالسيوم. يشير الجدول الدوري إلى أن الكالسيوم له وزن جزيئي 40 جم / مول ، وكربون 12 جم / مول ، وأكسجين 16 جم / مول.

ثم الكتلة الجزيئية لـ (CaCO ₃) ستكون:

40 جم / مول + 12 جم / مول + 3 × 16 جم / مول = 100 جم / مول

كل 100 جرام من كربونات الكالسيوم 1 مول. لذلك في 150 جرامًا تتوافق مع 1.5 مول.

يحتوي كل مول من الكربونات على 6.02 × 10 ^ 23 جزيء كربونات ، لذلك يوجد في 1.5 مول من الكربونات 9.03 × 10 ^ 23 جزيء.

باختصار ، يوجد في 150 جرامًا من كربونات الكالسيوم:

- 9.03 × 10 ^ 23 جزيء من كربونات الكالسيوم.

- ذرات الكالسيوم: 9.03 × 10 ^ 23.

- أيضًا 9.03 × 10 ^ 23 ذرة كربون

- أخيرًا ، 3 × 9.03 × 10 ^ 23 ذرة أكسجين = 27.09 × 10 ^ 23 ذرة أكسجين.

المراجع

1. علم الأحياء التطبيقي. ما هي القياسات المجهرية؟ تم الاسترجاع من: youtube.com
2. التعليم الكيميائي. التمثيلات العيانية وغير المجهرية والرمزية على المادة. تم الاسترجاع من: scielo.org.mx.
3. غارسيا أ. دورة الفيزياء التفاعلية. الدول الكلية ، الدول الصغيرة. درجة الحرارة ، الانتروبيا. تم الاسترجاع من: sc.ehu.es
4. التركيب المجهري للمادة. تم الاسترجاع من: alipso.com
5. ويكيبيديا. المستوى المجهري. تم الاسترجاع من: wikipedia.com