Bir Atom Nasıl Tartılır?

{h1}

Bir ölçek kullanamazsınız, ancak bir atomu tartmak için başka bir yöntem vardır.

Güncelleştirme: Bu makale, 11 Eylül 2017 tarihinde, WordsSideKick.com Contributor tarafından yayımlanan Rachel Ross tarafından güncellendi.

Ölçekte bir atomu aşağıya okşadığınızı hayal edin. Bunu yaptığınız gibi, trilyonlarca atom olan deri hücreleri kalın bir şekilde elinize dökülür ve etrafına saçılır ve atomik doppelganger'ların bir yığınına gömülür. Bu arada, nem ve atmosferik parçacıklar, skala üzerinde zıplayarak ve atom duyarlı iğneyi bir ön cam sileceği gibi ileri geri çırparak göndermektedir. Ve bu arada, ilk etapta tek bir atomu nasıl izole ettiniz?

Bir anın düşüncesi, bir atomu geleneksel bir ölçekte tartmadığınızı gösterir.

Bunun yerine, yüzyılı aşkın bir süredir fizikçiler kütle spektrometresi olarak adlandırılan bir alet kullanmışlardır. 1912 yılında fizikçi J.J. Thomson ve adım adım ilerledikçe, bu şekilde çalışır: Birincisi, fizikçiler, bir gaz atomunu "gazlaştırırlar", bu da gazın içindeki parçacıkların bir demetini ateşleyerek, içindeki atomlara elektron ekleyerek veya elektronlarını birkaç saniyede kasıp, Kullanılan parçacık ışınının tipi. Bu, şimdi "iyonlar" olarak bilinen atomlara - net negatif veya pozitif elektrik yükü verir.

Daha sonra iyonlar, elektrik ve manyetik alanlara maruz kaldıkları bir tüp yoluyla gönderilir. Bu alanların her ikisi de iyonlar üzerinde bir güç uygular ve iki kuvvetin kuvvetleri iyonların yüküyle orantılıdır (nötr atomlar kuvvetleri hissetmez). Elektrik kuvveti iyonların hızını değiştirmesine neden olurken, manyetik kuvvet yollarını bükmektedir.

İyonlar daha sonra tüplerin ucundaki "Faraday kapları" ile toplanır ve fincanlara bağlı tellerde bir akım üretir. İyon akışının nerede ve ne zaman Faraday kaplarına çarptığını ölçerek, fizikçiler ne kadar hızlanmaları gerektiğini ve ne yönde elektrik ve manyetik kuvvetlerin bir sonucu olarak belirleyebilirler. Son olarak, Newton'un ikinci hareket yasası, F = ma, m = F / a olarak yeniden düzenlenmiş, fizikçiler iyonların kütlesini belirlemek için elde edilen ivmeyle iyonlara etki eden toplam kuvvetleri bölmüştür.

Elektronun kütlesi de bir kütle spektrometresi kullanılarak belirlenmiştir - bu durumda, elektronlar basitçe aletin içinden gönderilmiştir. Bu ölçüm, fizikçilerin, bir atomun kütlesini, bunların bir sayısından ya da fazlasından ziyade, doğru sayıda elektron olduğunda belirleyebilmelerini sağlar.

Bir kütle spektrometresi kullanarak, fizikçiler bir hidrojen atomunun kütlesini 1.660538921 (73) × 10 olacak şekilde belirlediler-27 parantetik basamakların tam kesinlik ile bilinmediği kilogram. Çoğu amaç için yeterince doğru.

İyi titreşimler

Journal of Measurement Science dergisinde yer alan Jon R. Pratt'in 2014 tarihli makalesine göre, bir atomun kütlesinin bulunabilmesinin bir başka yolu da titreşim sıklığını ölçmek ve geriye doğru çözmektır.

Bir atomun titreşimi atomik dalgaların tutarlı bir şekilde ayrıldığı ve daha sonra yeniden birleştirildiği atom interferometrisi de dahil olmak üzere birkaç şekilde belirlenebilir. Buna göre Arizona Üniversitesi'nde fizik bölümü profesörü olan Alex Cronin; ve titreşimleri ölçmek için spektrometri kullanan frekans tarakları. Frekans daha sonra atomun enerjisini bulmak için Planck sabiti ile kullanılabilir (E = hv, burada h, Planck sabiti ve v frekanstır). Enerji daha sonra Einstein'ın ünlü denklemi ile kullanılabilir, E = mc2m = E / c olarak yeniden düzenlendiğinde atomun kütlesini çözmek için2.

Bir atomun kütlesini ölçmenin üçüncü yolu, Nature Nanotechnology'de J. Chaste ve ark. Tarafından yayınlanan bir 2012 makalesinde anlatılmıştır. Bu yöntem düşük sıcaklıklarda ve vakumda karbon nanotüplerin kullanılmasını ve titreşim frekansının onlara bağlı parçacıkların kütlesine bağlı olarak nasıl değiştiğini ölçmeyi içerir. Bu ölçek, kitleleri tek bir protonun kütlesinden (1.67 yoktogram) daha az bir yoktograma kadar ölçebilir.

Test, bir siper üzerinde asılı 150 nanometre karbon nanotüp ile yapıldı. Nanotüp, bir gitar dizisi gibi koparıldı ve bu, doğal bir titreşim frekansı üretti, daha sonra nanotüp diğer parçacıklar ile temas ettiğinde titreşim modelleriyle karşılaştırıldı. Nanotüpte bulunan kütle miktarı, üretilen frekansı değiştirecektir.

Ye olde kütlesi

Kütle spektrometresi günlerinden önce, kimyagerler bir atomun bile ne olduğu konusunda bulanıkken? Daha sonra, esas olarak, gerçek kütleleri yerine, göreceli kitleleri açısından çeşitli unsurları oluşturan atomların ağırlıklarını ölçtüler. 1811'de, İtalyan bilim adamı Amedeo Avogadro, bir gazın (belirli bir basınç ve sıcaklıkta), hangi gazdan bağımsız olarak, onu oluşturan atom veya moleküllerin sayısıyla orantılı olduğunu fark etti. Bu yararlı gerçek, kimyacıların bunları oluşturan atomların göreli kütlelerini belirlemek için eşit hacimlerde farklı gazların nispi ağırlığını karşılaştırmasını sağlamıştır.

Atom ağırlıklarını atomik kütle birimleri (amu) cinsinden ölçtüler, burada 1 amu bir karbon-12 atomunun kütlesinin on ikide birine eşitti. 19. yüzyılın ikinci yarısında kimyagerler, belirli bir gaz hacmindeki atom sayısını (Avogadro numarası olarak bilinen meşhur sabit) yaklaşık olarak tahmin etmek için başka araçlar kullandılar - tek bir atomun kütlesini tahmin ederek kaba bir kestirmeye başladılar. Tüm gazın hacmi ve sayıya bölünmesi.

Atomik Ağırlık, Kütle ve Sayı Arasındaki Fark

Birçok kişi, ağırlık ve kütle terimlerini birbirinin yerine kullanır ve hatta çoğu ölçek, pound ve kilogram gibi birimlerde seçenekler sunar. Ve kütle ve kilo ile ilgili olsa da, aynı şey değildir. Atomlar tartışılırken, pek çok insan da aynı şey olmasa bile atom ağırlığı ve atomik kütleyi birbirinin yerine kullanır.

Atomik kütle, bir atomdaki proton ve nötronların sayısı olarak tanımlanır, burada her bir proton ve nötron, yaklaşık 1 amu (sırasıyla 1.0073 ve 1.0087) kütleye sahiptir. Bir atom içindeki elektronlar, kütlelerinin önemsiz olduğu proton ve nötronlara kıyasla çok küçüktür. Bugün hala standart olarak kullanılan karbon-12 atomu, oniki amu atomik kütlesi için altı proton ve altı nötron içerir. Aynı elementin farklı izotopları (farklı nötron miktarlarıyla aynı element) aynı atomik kütleye sahip değildir. Karbon-13, 13 amu atomik kütleye sahiptir.

Atom ağırlığı, bir nesnenin ağırlığından farklı olarak, yerçekimi çekişi ile ilgisi yoktur. Bir elementin doğal olarak meydana gelen izotoplarının atomik kütlelerinin, karbon-12 kütlesinin on ikide biri ile kıyaslandığında, birimsiz bir değerdir. Sadece doğal olarak oluşan bir izotop içeren berilyum veya flor gibi elementler için atomik kütle atom ağırlığına eşittir.

Karbonun iki tane doğal olarak bulunan izotopu vardır: karbon-12 ve karbon-13. Her birinin atomik kütlesi sırasıyla 12.0000 ve 13.0034'tür ve doğada bolluklarını (sırasıyla yüzde 98.89 ve 1.110) bildiğinden, karbon atomik ağırlığının yaklaşık 12.01 olduğu hesaplanmıştır. Atomik ağırlık, karbon-12 izotopundan yapılan doğada karbonun çoğunluğu nedeniyle karbon-12 kütlesine çok benzer.

Herhangi bir atomun atom ağırlığı, bir elementin izotopunun bolluğunun elementin atomik kütlesi ile çarpılması ve daha sonra sonuçların birlikte eklenmesiyle bulunabilir. Bu denklem iki veya daha fazla izotoplu elemanlarla kullanılabilir:

  • Karbon-12: 0.9889 x 12.0000 = 11.8668
  • Karbon-13: 0.0111 x 13.0034 = 0.1443
  • 11.8668 + 0.1443 = 12.0111 = karbon atomik ağırlığı

Ve hala atomlarla ilgili ölçümleri tartışırken kullanılan üçüncü bir değer var: atom numarası. Atom numarası, bir elemandaki proton sayısı ile tanımlanır. Bir eleman, çekirdeğin içerdiği protonların sayısı ile tanımlanır ve elementin kaç tane izotopu ile bir ilgisi yoktur. Karbonun her zaman 6 atom numarası vardır ve uranyum her zaman atom numarası 92'dir.

Rachel Ross, WordsSideKick.com Contributor tarafından ek raporlama.

Ek kaynaklar

  • Uluslararası Standartlar Laboratuvarları Uluslararası Konferansı: Revize edilmiş SI'yı Kullanarak Elmalardan Elmalara Her Şey Nasıl Tartılır?
  • APS Fiziği: Atom İnterferometrisine Daha Fazla Güç
  • Han Akademisi: Atom numarası, atomik kütle ve izotoplar
Bir Atom Nasıl Tartılır?

FAQ - 💬

❓ Atom ne ile ölçülür?

👉 Em cache


Video Takviyesi: ışık hızı hesaplaması (Fizeau metodu).




Araştırma


Delphi High'In Oracle'I Olan Yeni Teori
Delphi High'In Oracle'I Olan Yeni Teori

Nfl Taslakları Neden Başarısız Olur?
Nfl Taslakları Neden Başarısız Olur?

Bilim Haberleri


Sandviç Kim Icat Etti?
Sandviç Kim Icat Etti?

Bir Kadeh Şarap Içmek, Yatak Hatalarını Uzak Tutar Mı?
Bir Kadeh Şarap Içmek, Yatak Hatalarını Uzak Tutar Mı?

19. Yüzyıldan Kalma Bir Gemi Enkazı Güney Pasifik'Ten Çıkarıldı
19. Yüzyıldan Kalma Bir Gemi Enkazı Güney Pasifik'Ten Çıkarıldı

Makul Şüphe Nedir?
Makul Şüphe Nedir?

Doğal Boyalar Ile Paskalya Yumurtaları Boyama | Eğlenceli Bilim Deneyleri
Doğal Boyalar Ile Paskalya Yumurtaları Boyama | Eğlenceli Bilim Deneyleri


TR.WordsSideKick.com
Her Hakkı Saklıdır!
Herhangi Bir Malzemenin Çoğaltılabilir Sadece Siteye Aktif Linki Prostanovkoy TR.WordsSideKick.com

© 2005–2024 TR.WordsSideKick.com