Kaip Jūs Pasveriate Atomą?

{h1}

Jūs negalite naudoti skalės, tačiau yra dar vienas būdas atomui pasverti.

Atnaujinti: Šis straipsnis buvo atnaujintas 2017 m. Rugsėjo 11 d. „Rachel Ross“, gyvojo mokslo bendradarbis.

Įsivaizduokite, kad atomas nubraižytas skalėje. Kai tai darote, trilijonų atomų storio odos ląstelės nublizga nuo jūsų rankos ir sukasi žemyn aplink ją, palaidodamos ją atominių doppelgančių krūvoje. Tuo tarpu drėgmės ir atmosferos dalelės šaudo, atsitraukdamos nuo svarstyklių ir nuo jų nusiųsdamos savo atomui jautrią adatą plakė pirmyn ir atgal kaip priekinio stiklo valytuvas. Ir beje, kaip jums pavyko visų pirma atskirti vieną atomą?

Akimirkos mintis rodo, kad negalima pasverti atomo tradiciniu mastu.

Vietoj to, fizikai daugiau nei šimtmetį naudojo prietaisą, vadinamą masės spektrometru. Sugalvotas 1912 metais fiziko J.J. „Thomson“ ir palaipsniui tobulinamas, jis veikia taip: Pirmiausia, fizikai „jonizuoja“ atomų dujas, šaudami į dalelių pluoštą, kuris arba prideda elektronus prie atomų, arba pašalina keletą jų elektronų, atsižvelgiant į tai. naudojamų dalelių pluošto tipas. Tai suteikia atomams - dabar žinomiems kaip „jonams“ - neigiamą ar teigiamą elektros krūvį.

Tada jonai siunčiami per vamzdelį, kuriame jie veikiami elektrinio ir magnetinio lauko. Abu šie laukai veikia jonais jėgą, o abiejų jėgų stiprumas yra proporcingas jonų krūviui (neutralūs atomai jėgų nejaučia). Elektrinė jėga priverčia jonus pakeisti greitį, o magnetinė jėga lenkia jų kelią.

Tada jonai mėgintuvėlio gale surenkami „Faraday“ puodeliais, sukuriant srovę laiduose, pritvirtintuose prie puodelių. Išmatuodami, kur ir kada jonų srautas patenka į Faradėjaus puodelius, fizikai gali nustatyti, kiek dėl elektrinių ir magnetinių jėgų jie turi įsibėgėti ir kokia kryptimi. Galiausiai, remdamiesi antruoju Niutono judėjimo dėsniu, F = ma, pertvarkytu taip, kaip m = F / a, fizikai padalija bendrą jonams tenkančią jėgą pagal jų gaunamą pagreitį, kad nustatytų jonų masę.

Elektronų masė taip pat buvo nustatyta naudojant masės spektrometrą - tokiu atveju elektronai buvo tiesiog siunčiami per patį instrumentą. Šis matavimas leidžia fizikams nustatyti atomo masę, kai jame yra tinkamas elektronų skaičius, o ne jų trūkumas ar perteklius.

Naudodami masės spektrometrą, fizikai nustatė, kad vandenilio atomo masė yra 1,660538921 (73) × 10.-27 kg, jei skliausteliuose nurodyti skaitmenys nėra tiksliai žinomi. Tai pakankamai tikslus daugeliui tikslų.

Geros vibracijos

Kitas būdas, kaip galima rasti atomo masę, yra išmatuoti jo virpesių dažnį ir išspręsti atgal, kaip teigiama 2014 m. Jono Prato straipsnyje „Journal of Measurement Science“.

Atominio virpesį galima nustatyti keliais būdais, įskaitant atomo interferometriją, kurioje atominės bangos yra darniai suskaidomos ir vėliau rekombinuojamos, teigia Arizonos universiteto fizikos katedros docentas Alexas Croninas; ir dažnio šukos, kurių virpesiams matuoti naudojama spektrometrija. Tada dažnis gali būti naudojamas su Plancko konstanta atomo energijai surasti (E = hv, kur h yra Plancko konstanta, o v yra dažnis). Tada energija gali būti naudojama su garsiąja Einšteino lygtimi, E = mc2, išspręsti dėl atomo masės, kai ji pertvarkoma į m = E / c2.

Trečiasis būdas atomo masei išmatuoti aprašytas 2012 m. Straipsnyje, kurį leidinyje „Nature Nanotechnology“ paskelbė J. Chaste ir kt. Šis metodas apima anglies nanovamzdelių naudojimą žemoje temperatūroje ir vakuume bei matavimą, kaip kinta virpesių dažnis priklausomai nuo jų pritvirtintų dalelių masės. Ši skalė gali išmatuoti mases iki vienos yoktogramos, mažesnes už vieno protono masę (1,67 yoktogramos).

Bandymas buvo atliktas naudojant 150 nanometrų anglies nanovamzdelį, pakabintą virš tranšėjos. Nanomuodelis buvo suplėšytas kaip gitaros styga, ir tai sukėlė natūralų virpesių dažnį, kuris vėliau buvo palygintas su virpesių modeliais, kai nanovamzdelis liečiasi su kitomis dalelėmis. Masės kiekis, esantis nanovamzdelyje, pakeis gaminamą dažnį.

Jūs senos masės

O kaip prieš masinių spektrometrų dienas, kai chemikai buvo migloti apie tai, kas yra net atomas? Tada jie pirmiausia išmatavo atomų, sudarančių įvairius elementus, svorius, palyginti su faktinėmis masėmis, palyginti su jų santykinėmis masėmis. 1811 m. Italų mokslininkas Amedeo Avogadro suprato, kad dujų tūris (esant tam tikram slėgiui ir temperatūrai) yra proporcingas jas sudarančių atomų ar molekulių skaičiui, nepaisant to, kokios dujos jos buvo. Šis naudingas faktas leido chemikams palyginti skirtingų dujų vienodų tūrių santykinį svorį, kad būtų galima nustatyti jas sudarančių atomų mases.

Jie išmatavo atominius svorius pagal atominės masės vienetus (amu), kur 1 amu buvo lygus vienai dvyliktajai daliai anglies-12 atomo masės. Kai XIX amžiaus antroje pusėje chemikai naudojo kitas priemones, kad apytiksliai atitiktų atomų skaičių tam tikrame dujų tūryje - tai garsioji konstanta, vadinama Avogadro skaičiumi, - jie pradėjo gaminti apytikslius vieno atomo masės įvertinimus, sverdami visų dujų tūris, padalijus iš skaičiaus.

Atominio svorio, masės ir skaičiaus skirtumas

Daugelis žmonių terminus svoris ir masė vartoja pakaitomis, ir net dauguma svarstyklių siūlo variantus, išreikštus svarais ir kilogramais. Ir nors masė ir svoris yra susiję, jie nėra tas pats dalykas. Aptardami atomus, daugelis žmonių pakaitomis naudoja atominę masę ir atominę masę, net jei jie nėra visiškai tas pats dalykas.

Atominė masė apibrėžiama kaip protonų ir neutronų skaičius atome, kur kiekvieno protono ir neutrono masė yra maždaug 1 amu (atitinkamai 1,0073 ir 1,0087). Atomoje esantys elektronai yra tokie maži, palyginti su protonais ir neutronais, kad jų masė yra nereikšminga. Anglies-12 atomas, kuris vis dar naudojamas kaip standartas šiandien, turi šešis protonus ir šešis neutronus, kurių atominė masė yra dvylika amu. Skirtingi to paties elemento izotopai (tas pats elementas su skirtingais neutronų kiekiais) neturi tos pačios atominės masės. Anglies-13 atominė masė yra 13 amu.

Atominis svoris, skirtingai nuo objekto svorio, neturi nieko bendra su traukos jėga. Tai yra vieneto reikšmė, kuri yra natūraliai egzistuojančio elemento izotopų atominių masių santykis su vienos dvyliktosios dalies anglies-12 masės santykiu. Tokiems elementams kaip berilis arba fluoras, kurie turi tik vieną natūraliai egzistuojantį izotopą, atominė masė yra lygi atominei masei.

Anglis turi du natūraliai esančius izotopus - anglį-12 ir anglį-13. Kiekvieno atominė masė yra atitinkamai 12.0000 ir 13.0034, ir žinant jų gausą gamtoje (atitinkamai 98,89 ir 1,110 procentų), apskaičiuota, kad anglies atominė masė yra apie 12,01. Atomo masė yra labai panaši į anglies-12 masę, nes gamtoje daugiausia anglies yra iš anglies-12 izotopo.

Bet kurio atomo atominę masę galima sužinoti padauginus elemento izotopo gausą iš elemento atominės masės ir tada sudėjus rezultatus. Ši lygtis gali būti naudojama su elementais, turinčiais du ar daugiau izotopų:

  • Anglies-12: 0,9889 x 12,0000 = 11,8668
  • Anglies-13: 0,0111 x 13,0034 = 0,1443
  • 11.8668 + 0.1443 = 12.0111 = anglies atominis svoris

Ir dar yra trečioji reikšmė, kuri naudojama aptariant su atomais susijusius matavimus: atominis skaičius. Atominis skaičius apibūdinamas pagal protonų skaičių elemente. Elementas yra apibūdinamas pagal branduolyje esančių protonų skaičių ir neturi nieko bendra su tuo, kiek elementų turi izotopai. Anglies atominis skaičius visada yra 6, o urano atominis skaičius visada yra 92.

Papildomos Rachel Ross, gyvojo mokslo bendradarbio, ataskaitos.

Papildomi resursai

  • Tarptautinė standartų laboratorijų konferencija: Kaip pasverti SI galima pasverti viską nuo atomų iki obuolių
  • APS fizika: daugiau galios atomų interferometrijai
  • Khano akademija: atominis skaičius, atominė masė ir izotopai


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Radioaktyvusis Debesis, Kilęs Iš Rusijos: Kas Jį Galėjo Sukelti?
Radioaktyvusis Debesis, Kilęs Iš Rusijos: Kas Jį Galėjo Sukelti?

Pertraukos Tobuloje Visatos Simetrijoje Gali Būti Langas Į Visiškai Naują Fiziką
Pertraukos Tobuloje Visatos Simetrijoje Gali Būti Langas Į Visiškai Naują Fiziką

Mokslas Naujienos


Daugiau Nei 70 Pilkųjų Banginių Miršta Per 6 Mėnesius, Ir Mokslininkai Nesupranta, Kodėl
Daugiau Nei 70 Pilkųjų Banginių Miršta Per 6 Mėnesius, Ir Mokslininkai Nesupranta, Kodėl

„Elusive Snow Leopards“, Surinktos Už Mokslą
„Elusive Snow Leopards“, Surinktos Už Mokslą

3D Atspausdintas Sūris Yra Gėris, Purus Ir Tikriausiai Skanus
3D Atspausdintas Sūris Yra Gėris, Purus Ir Tikriausiai Skanus

Vaizdo Galerija: Stulbinantys „Titaniko“ Avarijos Kadrai
Vaizdo Galerija: Stulbinantys „Titaniko“ Avarijos Kadrai

Sukurtos Žmonių Ir Kiaulių Chimeros, Vienos Dienos Pagalba Gali Būti Persodinant Organus
Sukurtos Žmonių Ir Kiaulių Chimeros, Vienos Dienos Pagalba Gali Būti Persodinant Organus


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com