SKALA MIKROSKOPIS: SIFAT, MENGHITUNG PARTIKEL, CONTOH - FISIK - 2025

The skala mikroskopis adalah salah satu yang digunakan untuk mengukur ukuran dan panjang yang tidak bisa dilihat dengan mata telanjang dan yang berada di bawah milimeter panjangnya. Dari yang tertinggi hingga terendah, skala mikroskopis dalam sistem metrik adalah:

- Milimeter (1 mm), yaitu sepersepuluh sentimeter atau seperseribu meter. Dalam skala ini kita memiliki salah satu sel terbesar dalam tubuh, yaitu sel telur, yang ukurannya 1,5 mm.

Gambar 1. Sel darah merah adalah sel dalam skala mikroskopis. Sumber: pixabay

- Sepersepuluh milimeter (0,1 mm). Ini adalah skala ketebalan atau diameter rambut manusia.

- Mikrometer atau mikron (1μm = 0,001mm). Pada skala ini adalah sel tumbuhan dan hewan serta bakteri.

Sel tumbuhan berada di urutan 100μm. Sel-sel hewan sepuluh kali lebih kecil, dengan urutan 10μm; sedangkan bakteri 10 kali lebih kecil dari sel hewan dan berada di urutan 1μm.

Skala nano

Ada pengukuran yang bahkan lebih kecil dari skala mikroskopis, tetapi tidak umum digunakan kecuali dalam beberapa konteks khusus. Di sini kita akan melihat beberapa pengukuran nanometrik terpenting:

- Nanometer (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) adalah sepersejuta milimeter. Pada skala ini ada beberapa virus dan molekul. Virus berada di urutan 10m dan molekul di urutan 1m.

- Angstrom (1Å = 0.1ηm = 0.0001μm = 10 ^-7 mm). Pengukuran ini membentuk skala atau ukuran atom.

- Phantomometer (1fm = 0.00001Å = 0.000001ηm = ^10-12 mm). Ini adalah skala inti atom, yang ukurannya antara 10.000 dan 100.000 kali lebih kecil dari atom. Namun, meskipun ukurannya kecil, inti atom memusatkan 99,99% massa atom.

- Ada skala yang lebih kecil dari inti atom, karena terdiri dari partikel seperti proton dan neutron. Tetapi masih ada lagi: partikel-partikel ini pada gilirannya terdiri dari partikel-partikel yang lebih fundamental seperti quark.

Instrumen untuk pengamatan mikroskopis

Ketika objek berada di antara skala milimeter dan mikrometer (1mm - 0,001mm), mereka dapat diamati dengan mikroskop optik.

Namun, jika objek atau struktur berada di antara nanometer dan Angstrom, maka diperlukan mikroskop elektron atau nanoskop.

Dalam mikroskop elektron, alih-alih cahaya, elektron berenergi tinggi yang digunakan memiliki panjang gelombang yang jauh lebih pendek daripada cahaya. Kerugian mikroskop elektron adalah tidak mungkin menempatkan sampel hidup di dalamnya karena bekerja di bawah vakum.

Sebaliknya, nanoscope menggunakan sinar laser, dan ia memiliki keunggulan dibandingkan mikroskop elektron bahwa struktur dan molekul di dalam sel hidup dapat dilihat dan digores.

Nanoteknologi adalah teknologi yang membuat sirkuit, struktur, suku cadang, dan bahkan motor pada skala mulai dari nanometer hingga skala atom.

Sifat mikroskopis

Dalam fisika, dalam perkiraan pertama perilaku materi dan sistem dipelajari dari sudut pandang makroskopis. Dari paradigma ini, materi adalah kontinum yang dapat dibagi tanpa batas; dan sudut pandang ini berlaku dan sesuai untuk banyak situasi dalam kehidupan sehari-hari.

Namun, beberapa fenomena di dunia makroskopis hanya dapat dijelaskan jika sifat mikroskopis materi diperhitungkan.

Pada sudut pandang mikroskopis, struktur molekul dan atom materi diperhitungkan. Berbeda dengan pendekatan makroskopis, pada skala ini terdapat struktur granular dengan celah dan ruang antar molekul, atom bahkan di dalamnya.

Ciri lain dari sudut pandang mikroskopis dalam fisika adalah bahwa sepotong materi, sekecil apa pun, terdiri dari sejumlah besar partikel yang terpisah satu sama lain dan terus bergerak.

-Masalahnya adalah kekosongan yang sangat besar

Dalam sepotong kecil materi, jarak antar atom sangat besar jika dibandingkan dengan ukurannya, tetapi pada gilirannya atom sangat besar jika dibandingkan dengan intinya sendiri, di mana 99,99% massa terkonsentrasi.

Artinya, sepotong materi pada skala mikroskopis adalah ruang hampa besar dengan konsentrasi atom dan inti atom yang menempati sebagian kecil dari total volume. Dalam pengertian ini, skala mikroskopis mirip dengan skala astronomi.

Dari benda makroskopis hingga penemuan atom

Ahli kimia pertama, yang merupakan alkemis, menyadari bahwa bahan dapat terdiri dari dua jenis: murni atau senyawa. Dengan demikian gagasan tentang unsur-unsur kimia muncul.

Unsur kimiawi pertama yang ditemukan adalah tujuh logam jaman dahulu: perak, emas, besi, timbal, timah, tembaga, dan merkuri. Seiring waktu, lebih banyak ditemukan sebagai zat yang ditemukan yang tidak dapat diuraikan menjadi yang lain.

Kemudian unsur-unsur tersebut diklasifikasikan menurut sifat dan karakteristiknya pada logam dan nonlogam. Semua yang memiliki sifat dan afinitas kimia yang serupa dikelompokkan dalam kolom yang sama, dan dengan demikian tabel periodik unsur-unsurnya muncul.

Gambar 2. Tabel periodik unsur-unsur. Sumber: wikimedia commons.

Dari unsur-unsurnya, gagasan tentang atom diubah, sebuah kata yang berarti tak terpisahkan. Tak lama kemudian, para ilmuwan menyadari bahwa atom memang memiliki struktur. Selain itu, atom memiliki dua jenis muatan listrik (positif dan negatif).

Partikel sub atom

Dalam eksperimen Rutherford di mana ia membombardir atom dari lempengan emas tipis dengan partikel alfa, struktur atom terungkap: inti positif kecil yang dikelilingi oleh elektron.

Atom dibombardir dengan lebih banyak partikel energi dan masih dilakukan, untuk mengungkap rahasia dan sifat dunia mikroskopis dalam skala yang lebih kecil dan lebih kecil.

Dengan cara ini, model standar tercapai, di mana ditetapkan bahwa partikel elementer yang sebenarnya adalah yang menyusun atom. Pada gilirannya, atom memunculkan unsur-unsur, ini senyawa, dan semua interaksi yang diketahui (kecuali gravitasi). Total ada 12 partikel.

Partikel fundamental ini juga memiliki tabel periodiknya. Ada dua kelompok: partikel fermionik ½-spin dan yang bosonik. Boson bertanggung jawab atas interaksi tersebut. Fermionik ada 12 dan merupakan yang menimbulkan proton, neutron, dan atom.

Gambar 3. Partikel fundamental. Sumber: wikimedia commons.

Bagaimana cara menghitung partikel dalam skala mikroskopis?

Seiring waktu, ahli kimia menemukan massa relatif unsur-unsur dari pengukuran yang tepat dalam reaksi kimia. Jadi, misalnya, ditentukan bahwa karbon 12 kali lebih berat daripada hidrogen.

Hidrogen juga ditentukan sebagai unsur paling ringan, jadi unsur ini diberi massa relatif 1.

Di sisi lain, kimiawan dituntut untuk mengetahui jumlah partikel yang terlibat dalam suatu reaksi, agar tidak ada reagen yang terlampaui atau hilang. Misalnya, molekul air membutuhkan dua atom hidrogen dan satu oksigen.

Dari latar belakang inilah lahir konsep tahi lalat. Satu mol zat adalah jumlah partikel tetap yang setara dengan massa molekul atau atomnya dalam gram. Jadi ditentukan bahwa 12 gram karbon memiliki jumlah partikel yang sama dengan 1 gram hidrogen. Bilangan itu dikenal sebagai bilangan Avogadro: 6,02 x 10 ^ 23 partikel.

-Contoh 1

Hitung berapa banyak atom emas dalam 1 gram emas.

Larutan

Emas diketahui memiliki berat atom 197. Data ini dapat ditemukan pada tabel periodik dan menunjukkan bahwa atom emas 197 kali lebih berat dari hidrogen dan 197/12 = 16,416 kali lebih berat dari karbon.

Satu mol emas memiliki 6,02 × 10 ^ 23 atom dan memiliki berat atom dalam gram, yaitu 197 gram.

Dalam satu gram emas terdapat 1/197 mol emas, yaitu 6,02 × 10 ^ 23 atom / 197 = 3,06 x10 ^ 23 atom emas.

-Contoh 2

Tentukan jumlah molekul kalsium karbonat (CaCO ₃ ) dalam 150 gram zat ini. Juga beri tahu berapa banyak atom kalsium, berapa banyak karbon dan berapa banyak oksigen dalam senyawa ini.

Larutan

Hal pertama yang harus dilakukan adalah menentukan massa molekul kalsium karbonat. Tabel periodik menunjukkan bahwa kalsium memiliki berat molekul 40 g / mol, karbon 12 g / mol, dan oksigen 16 g / mol.

Maka massa molekul (CaCO ₃ ) adalah:

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

Setiap 100 gram kalsium karbonat sama dengan 1 mol. Jadi dalam 150 gram mereka setara dengan 1,5 mol.

Setiap mol karbonat memiliki 6,02 x 10 ^ 23 molekul karbonat, sehingga dalam 1,5 mol karbonat terdapat 9,03 x 10 ^ 23 molekul.

Singkatnya, dalam 150 gram kalsium karbonat terdapat:

- 9,03 x 10 ^ 23 molekul kalsium karbonat.

- Atom kalsium: 9,03 x 10 ^ 23.

- Juga 9,03 x 10 ^ 23 atom karbon

- Akhirnya, 3 x 9,03 x 10 ^ 23 atom oksigen = 27,09 x 10 ^ 23 atom oksigen.

Referensi

1. Biologi terapan. Apa pengukuran mikroskopisnya? Dipulihkan dari: youtube.com
2. Pendidikan Kimia. Representasi makroskopis, submikroskopis dan simbolik pada materi. Diperoleh dari: scielo.org.mx.
3. García A. Kursus fisika interaktif. Makro-negara, microstates. Suhu, Entropi. Diperoleh dari: sc.ehu.es
4. Struktur mikroskopis materi. Diperoleh dari: alipso.com
5. Wikipedia. Tingkat mikroskopis. Diperoleh dari: wikipedia.com