Как «увидеть» атомы. Как увидеть атом
Как увидели атомы? - Интересные статьи
Модель атомаХотя ученые в принципе давно знают, что атомы существуют, все же тень сомнения оставалась, потому что увидеть атомы глазами никому не удавалось.
Теперь ученые могут получать изображения атомов на экране компьютера, передвигать атомы по поверхности, используя специальный инструмент — сканирующий туннельный микроскоп (СТМ).
Атомы и обычные измерительные приборы
Увидеть атомы в обычном микроскопе нельзя из-за малых размеров последних — от четырех до шестнадцати миллиардных долей сантиметра в диаметре. Волосок на руке в миллион раз толще. Использовать обычный свет, чтобы осветить атом, нельзя, потому что волна видимого света в две — пять тысяч раз больше диаметра атома.
Сканирующий туннельный микроскоп
СТМ — это не оптический прибор с окуляром, куда можно заглянуть глазом. Это компьютеризированный инструмент со специальным наконечником, который можно располагать очень близко к исследуемой поверхности. При движении наконечника электроны проскакивают промежуток между наконечником и материалом поверхности. В результате можно зарегистрировать электрический ток. При малейшем изменении расстояния между поверхностью и наконечником – электродом меняется сила электрического тока.
Как увидели атомы
Поверхность, которая кажется нам идеально гладкой, на атомном уровне является весьма и весьма бугристой. Электрод регистрирует каждое возвышение, даже если оно не превышает размерами атом. Компьютер рисует объемную карту поверхности, учитывая каждый ее атом. В результате мы можем «видеть» атомы.
С помощью СТМ ученые научились манипулировать атомами. Сначала атомы охлаждаются до минус 270 градусов Цельсия, что очень близко к абсолютному нулю температур, при такой низкой температуре атомы становятся практически неподвижными.
Используя при этом электрод СТМ, можно с помощью магнитного поля перемещать атомы по своему усмотрению и даже писать ими слова на поверхности вещества. Эти слова написаны так же, как слова в книгах для слепых шрифтом Брайля. Прочитать эти атомные письмена можно только с помощью СТМ.
Интересные статьи:
Рейтинг: 4.9/5. Из 27 голосов.
Please wait...
www.voprosy-kak-i-pochemu.ru
Можно ли увидеть атом?
Долго не могли ученые избавиться от искажений в системе магнитных линз электронного микроскопа, размывающих изображение и ухудшающих остроту электронного зрения…
И все же атом удалось увидеть! Причем электронный микроскоп вынужден был уступить честь этого выдающегося успеха значительно менее сложному прибору — ионному проектору.
Еще в середине двадцатых годов нашего столетия ученые подсчитали, что для превращения атома на поверхности вещества в ион и «холодного» отрыва его от поверхности без какого-либо подогрева необходимо между исследуемым веществом и посторонним электродом создать электрическое поле напряженностью в сто миллиардов вольт на сантиметр! Но в те годы получение столь сильных электрических полей в эксперименте считалось невозможным.
Фотография отдельных атомов в кристалле, полученная с помощью ионного проектора.
В 1936 году немецкий ученый Э. Мюллер доказал, что если исследуемое вещество представляет собой тончайшую иглу, острие которой будет иметь радиус кривизны около 1000 ангстрем, то, создавая между иглой и расположенным напротив электродом разность потенциалов всего в несколько киловольт, можно получить на кончике острия очень большие напряженности электрического поля. Когда острие иглы, приготовленное путем электрохимического травления концов обычных проволочек, связано с отрицательным электродом внешнего напряжения, из него будут вылетать свободные электроны; если острие соединить с положительным электродом — оно станет источником потока ионов. На пути вылетающих частиц можно поставить экран, покрытый люминофором, и получить видимое изображение частиц вещества, испускаемых острием.
В этих приборах, получивших название автоэлектронных микроскопов или ионных проекторов, нет магнитных линз, каких-либо систем фокусировки и развертки изображения. Увеличение в таком компактном и изящном приборе определяется в основном соотношением между радиусами острия и светящегося экрана.
Около двадцати лет длилось усовершенствование этих внешне простых микроскопов — выбирался состав газовых смесей для заполнения пространства между электродами, подбиралась система охлаждения образцов, изучались разнообразные способы непрерывной подачи на острие атомов исследуемого материала. И вот в 1956 году появились научные публикации Э. Мюллера с уникальными фотографиями, позволяющими разглядеть отдельные атомы на выступах поверхности металлических образцов. Лишь в 1970 году, увеличив ускоряющее напряжение в электронном микроскопе до сотен и тысяч киловольт, ученые повысили зоркость и этого прибора до атомных размеров.
На электронной фотографии белка видны плотно упакованные молекулы, соединенные в большой органический кристалл.
Физики продолжают совершенствовать приборы обоих типов. Созданы полезные дополнительные устройства для анализа тонких пленок и слоев на поверхности вещества с помощью электронных и ионных пучков.
В середине экрана автоэлектронного микроскопа исследователи сделали небольшое отверстие, пропустили в него часть сорванных с кончика острия ионов, разогнали их в магнитном поле и по величине отклонения от прямолинейного пути определили заряд и массу иона.
Направляя на поверхность образцов в электронном микроскопе не один электронный луч, а несколько, ученые смогли увидеть на экране изображение сразу всей кристаллической решетки в твердом теле. Электронные микроскопы нового поколения дали возможность японскому физику А. Хашимото проследить за движением атомов по поверхности вещества, а советским ученым Н. Д. Захарову и В. Н. Рожанскому — наблюдать смещения атомов внутри кристаллов.
Исследуя пленки золота, А. Хашимото сумел различить детали структуры кристаллов длиной в одну десятую ангстрема. Это уже во много раз меньше размера отдельного атома!
Теперь ученые могут перейти к исследованию мельчайших сдвигов во взаимном расположении отдельных атомов в самых больших и разветвленных органических молекулах, особенно в «молекулах жизни», передающих наследственные признаки живых существ от поколения к поколению, таких, как дезоксирибонуклеиновая кислота, чаще именуемая сокращенно ДНК.
В известном стихотворении О. Э. Мандельштама есть строчка: «Я и садовник, я же и цветок…»
Создавая все более совершенные инструменты для познания внешнего мира, физики все чаще обращаются к проникновению в тайны живого, понимая, что человек — самый сложный и непонятный цветок на свете.
Источник: Марк Колтун “Мир физики“.www.thingshistory.com
Как увидеть атом
Прибор, которым воспользовались ученые, создавал сфокусированный электронный пучок поперечником всего 5 ангстрем. Это в десятки тысяч раз тоньше человеческого волоса. Исследуемое вещество помещалось в фокусе этого пучка. Судьба электронов, падающих на объект, различна: они могут упруго рассеиваться атомами вещества, подобно бильярдным шарам, отпрыгивающим от бортов бильярда; они могут рассеиваться неупруго, теряя скорость, как происходит при столкновении шаров из пластилина; наконец, они могут пройти через объект, не взаимодействуя с его атомами и не меняя ни направления своей скорости, ни ее величины. Для успеха всего дела были важны два обстоятельства: во-первых, чем больше атомный номер вещества (иными словами, чем больше его атомный вес), тем больше будет количество как упруго, так и неупруго рассеянных электронов.
Во-вторых, при упругом рассеянии электроны сильно отклоняются от первоначального направления, а при неупругом они отклоняются на небольшие углы, так что их первоначальное направление приблизительно сохраняется. Поэтому путем небольшой хитрости можно разделить рассеянные упруго и неупруго электроны. Добавив сюда некий прибор — спектроанализатор энергии, позволяющий разделить электроны разных энергий в одном и том же пучке,— отделим те электроны, что не взаимодействуют с атомами вообще.
Таким образом, вся сложность сортировки «нужных» электронов, тех, что могут дать изображение атомов, от ненужных была преодолена. Но любой объект под микроскопом — это сам объект плюс подложка, на которой он лежит. Во-первых, как положить на подложку один атом? А во-вторых, как снять эффект от подложки? Ведь ее атомы тоже будут рассеивать электроны. С первым справиться нетрудно. Если пятно у нас 5 ангстрем, значит, надо нанести на предметный столик такой слабый раствор вещества, чтобы на пятнышко электронного луча приходилось меньше одного атома. Со второй проблемой справиться труднее. Но и ее удалось решить. В качестве подложки использовали очень тонкую углеродную пленку, всего в 20 ангстрем толщиной.
Такую пленку получить нетрудно. Если в пятно попадет 1 атом вещества, то на экране у нас будет картинка от этого одного атома плюс все атомы подложки в объеме цилиндра с основанием 5 ангстрем и высотой 20 ангстрем (толщина пленки). Казалось бы, безнадежная ситуация. Но расчет показал, что присутствие одного тяжелого атома типа урана изменяет сигнал почти на 70 процентов по сравнению с сигналом от чистой пленки.
Первым испытанным веществом был уранил-ацетат. Очень слабый раствор этого вещества наносился на чистую углеродную пленку, которая затем подсушивалась. Ее поместили под электронный луч — и на экране появились яркие пятна. Чистая углеродная пленка таких пятен не давала. Человек увидел отдельные атомы! (Теперь вы знаете, как можно потенциально увидеть атом, хотя, разумеется, для обычных людей вряд ли будет стоять подобная задача, и даже студента-физика больше будет интересовать практическая помощь в его учебе, которую можно получить, в том числе, с помощью образовательного ресурса «Автор24«. Но вернемся к теме нашей статьи).
Но, может быть, эти светлые пятна совсем не атомы урана, а возникли из-за неодинаковой толщины пленки или в результате колебании интенсивности самого электронного пучка? Расчет показал, что даже при самых неблагоприятных условиях обе причины не могут изменить сигнал с детектора более чем на 20 процентов, а наблюдаемое изменение составляло от 40 до 70 процентов! И наконец, последняя экспериментальная проверка того, что наблюдались именно индивидуальные тяжелые атомы. Идея была одновременно проста и остроумна. Для испытания взяли такое вещество, у молекул которого тяжелые атомы расположены на известном расстоянии друг от друга.
Это продукт реакции уже знакомого нам уранил-ацетата с веществом, имеющим не слишком поэтическое название «1, 2, 4, 5- бензолтетракарбониевая кислота».
У молекулы этого вещества два атома урана удалены друг от друга на 13 ангстрем. Углеродную пленку с таким веществом положили на предметный столик микроскопа — и на экране появились пары ярких пятен, причем расстояние между ними соответствовало теоретической величине 13 А! Победа!
Мало того. Эти содержащие уран молекулы способны объединяться по две, три и т. д., образуя диамеры, тримеры и т. п. Тогда расстояние между атомами в этих сложных молекулах-агрегатах будет близко к ряду 13, 26, 39 А и т. д.
Измерения ярких пятен показали, что расстояние между ними действительно подчиняется этой закономерности.
В руках ученых появилось новое оружие; с его помощью мы можем не только наблюдать отдельные атомы, но и изучить их расположение и даже измерять расстояния между ними. Образно говоря, молекулу с тяжелыми атомами можно положить на предметный столик микроскопа и прямо увидеть, где и как они расположены.
А что если прикрепить отдельные атомы тяжелых элементов как своеобразные «метки» к сложным молекулам? В самом деле, предположим, что нам надо исследовать порядок чередования оснований в знаменитой молекуле ДНК. Если нам удастся подобрать «метку» из атомов какого-либо тяжелого металла для каждого из четырех оснований, входящих в молекулу ДНК, то, наблюдая в наш микроскоп, можно буквально «на глаз» считатьэтот порядок, который определяет генетическую информацию, «записанную» в молекуле ДНК. Для каждого основания, разумеется, нужна своя «метка» — атом.
Уже обнаружено, что одна из солей осмия может присоединяться к тимину — одному из четырех оснований, как раз и являющихся кодирующими знаками в цепи ДНК. Возможно, это позволит при помощи сканирующего электронного микроскопа проследить структуру всей цепи ДНК, наблюдая, где на ней расположены «метки» — атомы осмия.
Поиски таких «меток» сильно облегчились бы, если бы при помощи электронного микроскопа удалось увидеть атомы с меньшим атомным номером, например молибдена или серебра.
Для этого разрешающую способность нужно повысить до 2—3 А. Это трудно. Рассеяние электронов на легких атомах иное, чем на тяжелых. В результате условия наблюдения отдельных атомов значительно ухудшаются, в частности уменьшаемся контрастность. Но исследователи не теряют надежды на успех.
Автор: Л. Самсоненко.
www.poznavayka.org
Ответы@Mail.Ru: Как найти количество атомов???
Вопрос не конкретный.. . атомы чего??? ? Есть простая формула, которую надо запомнить. m/M = v = N/Na, гдеm - масса образца вещества в граммахM - молярная масса вещества в граммах/моль - численно равна сумме относительных атомных масс в молекуле вещества, которые надо взять из таблицы Менделееваv - количество вещества в моляхN - количество частиц (молекул или атомов) в образце веществе в штукахNa - константа - количество частиц вещества в 1 моле вещества в штуках - найти в учебнике или инете значение. По этой формуле можно перейти от массы вещества к количеству вещества или к количеству частиц в веществе. ПРИМЕР----------- -- Найти число атомов в алюминиевом предмете массой 135 грамм -- Атомный вес алюминия - 27, значит 1 моль алюминия весит 27 г. В 135 г содержится 5 молей, а в каждом моле число Авогадро - N = 6*10^23 атомов. Всего 30*10^23 = 3*10^24 атомов.
Вопрос не правильно задан. атомы чего?
Атомный вес алюминия - 27, значит 1 моль алюминия весит 27 г. В 135 г содержится 5 молей, а в каждом моле число Авогадро - N = 6*10^23 атомов. Всего 30*10^23 = 3*10^24 атомов
вы дебилы нафиг нам атомный вес если у нас есть только ню и число авогадро
touch.otvet.mail.ru
почему с помощью микроскопа нельзя увидеть атом??? "
<img src="//content.foto.my.mail.ru/mail/kolobok1926/_answers/i-11.jpg" > Визуальное наблюдение атомов После изобретения оптического микроскопа люди несколько столетий вглядывались в открывшийся перед ними удивительный мир: клетки, органеллы, кристаллы, огромные молекулы.. .По мере усовершенствования оптики на свет в буквальном смысле выплывали все новые и новые подробности. К тому времени, как был достигнут дифракционный предел для видимого света (примерно 1000-кратное увеличение) , люди поняли, что самое интересное так и осталось за кадром: с помощью оптических устройств никогда не удастся увидеть атомы, имеющие размер порядка ангстрема (0,1 от миллиардной доли метра) . А посмотреть на них очень хотелось. Вплотную подойти к заветной цели помог электронный микроскоп. И все же лучшее, на что здесь можно рассчитывать, это картинки с атомами-точками. Дальше наше зрение бессильно, и никакой микроскоп тут не поможет.. .кроме туннельного. Первые шаги на ощупь В начале 1980-х Герд Бинниг и Генрих Рорер, сотрудники швейцарского отделения IBM, сделали прибор, позволяющий рассматривать одиночные атомы вещества. В нем было использовано квантовое явление туннелирования, и он получил название "сканирующий туннельный микроскоп" (СТМ) . Идея состояла в следующем. Очень тонкая игла-зонд с острием толщиной в один атом перемещается над поверхностью объекта на расстоянии порядка одного нанометра. В соответствии с законами квантовой механики возникает туннельный эффект: электроны преодолевают вакуумный барьер между объектом и иглой, и в цепи "образец–игла" начинает течь ток. Величина его чрезвычайно сильно зависит от расстояния между концом иглы и поверхностью объекта. Так сильно, что даже при уменьшении промежутка всего на один ангстрем ток возрастает примерно на порядок. Поэтому, следя за величиной тока при перемещении иглы вдоль поверхности, можно изучать ее рельеф – словно читая книгу для слепых, написанную шрифтом Брайля. В теории идея красивая и простая, но на практике чрезвычайно сложная. Нужно полностью устранить вибрации, термические деформации, сделать иглу с одноатомным острием, да еще уметь перемещать ее с субатомной точностью. Первые две задачи можно решить, сделав виброразвязку и изолировав систему в вакууме от акустических шумов, а для компонентов конструкции подобрав материалы с малыми коэффициентами термического расширения. Что касается перемещения, тут, к счастью, есть пьезодвигатели. Но как быть с иглой? Выручило то, что на атомном уровне поверхность всегда "шероховатая", и на ней всегда найдется "мини-острие", выступающее дальше всех. Именно оно первым будет "чувствовать" поверхность, а ток через соседние атомы на конце иглы будет на порядок меньше. Убедиться в правильности этих рассуждений можно было только в экспериментах, которые заняли 27 месяцев. Первая испытательная установка представляла собой смесь лабораторной работы по физике и научной фантастики. Ее сделали на основе эксикатора (осушителя) , обмотанного огромным количеством обыкновенного скотча. В этой охлаждаемой камере над сверхпроводящей свинцовой чашей левитировала жесткая платформа, снабженная постоянными магнитами. На ней были закреплены площадка на трех ножках с образцом, пьезодвигатели и держатель иглы. Уникальное сооружение потребляло 20 л жидкого гелия в час. Именно на этом экзотическом устройстве после нескольких месяцев непрерывной работы получили первые результаты – подтвердили экспоненциальную связь между туннельным током и расстоянием от иглы до образца. Это был первый и последний случай использования левитации в туннельной микроскопии – впоследствии использовалась виброразвязка СТМ с помощью системы пру <a rel="nofollow" href="http://www.scorcher.ru/journal/art/art134.php" target="_blank">http://www.scorcher.ru/journal/art/art134.php</a> <a href="/" rel="nofollow" title="13813451:##:news/technews/2353.html">[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>
С помощью сверхмощного электронного можно.
Потому что он мааааааленький!
Нужен очень дорогой, эллектронный.
потому что это ложь, на самом деле атомов не существует
Потому что это мельчайшая частица
Можно. И даже электроны можно, все зависит от микроскопа.
это самая маленькая частица в мире
Глаз различает предметы проецируемые на сетчатку глаза под углом более одной угловой минуты. Сделать такое увеличение атома ни один оптический прибор не может, слишком большое преломление требуется. Т. е. в принципе наблюдать мы можем, а вот различить -нет...
атомы настолько малы что не отражают свет увидеть их невозможно
Атом меньше (МНОГО меньше) длинны волны видимого света. По этому свет отдельный атом просто "не замечает" и увидеть его в обычный микроскоп не получается. Микроскопы других типов (в первую очередь зондирующие, с электронным есть масса оговорок) могут разглядеть атомы.
с помощью электронного можно! А в световой нельзя, поскольку атом очень мал и свет практически не отраает
touch.otvet.mail.ru
Ответы@Mail.Ru: Как найти число нейтронов в ядре атома? Помогите, нигде не могу найти ответ... :( Химия, 8 класс.
от атомного веса отними номер элемента в таблице менделеева
таблица менделеева
атомная масса минус порядковый номер
Вам нужно обязательно вспомнить материал об изотопах. В учебнике химии 8кл. Или воспользуйтесь вот этими сведениями. Изото́пы (от греч. ισος — «равный» , «одинаковый» , и τόπος — «место» ) — разновидности атомов (и ядер) одного химического элемента с разным количеством нейтронов в ядре. Название связано с тем, что изотопы находятся в одном и том же месте (в одной клетке) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят практически только от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём) и почти не зависит от его массового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов N). Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например, 12C, 222Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (например, углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционные собственные названия (например, дейтерий, актинон) . Теперь Вы понимаете, что по Периодической системе не всегда можно вычислить число нейтронов, здесь нет сведений о массовом числе, а есть расчётная величина-относительная атомная масса . ВЫВОД: число НЕЙТРОНОВ (N) в атоме элемента равно разности между МАССОВЫМ ЧИСЛОМ (А) элемента и ЗАРЯДОМ ЯДРА (Z) его атома. N=A-Z Успехов! <img src="//otvet.imgsmail.ru/download/1379b03072b0ad94909eb07829c548c4_i-194.jpg" >
Вам нужно обязательно вспомнить материал об изотопах. В учебнике химии 8кл. Или воспользуйтесь вот этими сведениями. Изото́пы (от греч. ισος — «равный» , «одинаковый» , и τόπος — «место» ) — разновидности атомов (и ядер) одного химического элемента с разным количеством нейтронов в ядре. Название связано с тем, что изотопы находятся в одном и том же месте (в одной клетке) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят практически только от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём) и почти не зависит от его массового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов N). Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например, 12C, 222Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (например, углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционные собственные названия (например, дейтерий, актинон) . Теперь Вы понимаете, что по Периодической системе не всегда можно вычислить число нейтронов, здесь нет сведений о массовом числе, а есть расчётная величина-относительная атомная масса . ВЫВОД: число НЕЙТРОНОВ (N) в атоме элемента равно разности между МАССОВЫМ ЧИСЛОМ (А) элемента и ЗАРЯДОМ ЯДРА (Z) его атома. N=A-Z
Пример, Li - № 3 - значит Протоны - 3; Электроны - 3; Нейтроны - 6,941 (ну, вообще-то 7!!!) - 3 = 4
touch.otvet.mail.ru
Как «увидеть» атомы | Новости
Некоторые вещи в нашем мире имеют удивительно малый размер, и увидеть их своими собственными глазами буквально невозможно, однако, Тувинский государственный университет, а точнее его кафедра физики не так давно обзавелась особенным оборудованием, благодаря которому можно увидеть даже атомы.
О научных испытаниях и современных возможностях
Учёные-физики из университета приобрели сканирующие зондовые микроскопы для проведения исследований и изучения атомной решетки графита, которое даёт прекрасные возможности её визуализации. В группу учёных, которой руководил старший преподаватель кафедры, входили и студенты последних курсов, удалось получить довольно чёткое фотографическое изображение атомной графитовой решётки. Кроме того, одновременно происходило аналогичное исследование драгоценного металла – золота, в котором так же был изучен его атомный состав. Учёные заявляют, что имеется у них в планах и изучение селенида цинка (ZnSe), а также ряда других материалов, которые уже были закуплены университетской кафедрой.
Сканирующие зондовые микроскопы и образовательный процесс
В настоящее время, многие вузы успели обзавестись такой техникой и начали активно использовать сканирующую зондовую микроскопию в обучающих процессах, в частности, речь идёт о туннельной и атомно-силовой микроскопии. Однако, справедливости ради следует заметить, что все высшие учебные заведения, в распоряжении которых имеется подобный инструментарий относятся, скажем так, к продвинутым, именно в них студенты-физики используют сканирующие зондовые микроскопы для проведения лабораторных работ и могут своими глазами «увидеть» атомы, из которых состоит любой материал. Следует так же отметить, что использование сканирующих зондовых микроскопов носить исключительно прикладной и чисто исследовательский характер, так что «аттракционов» не будет, и у простых людей, разглядеть атомы всё-таки возможности не будет.
О трёхмерной визуализации наночастиц
Тем временем американские ученые из университетов штата Мичиган и Нью-Йорк, разработали программу, исходный код которой можно найти в открытом доступе, делающую возможной трехмерную визуализацию наноразмерных частиц. Стоит напомнить, что нано-размером считается тот, что не превышает величины, равной 0,0001 миллиметра.
glowbass.ru
