Sådan sammenlignes størrelsen på et atom

Når man sammenligner atomer med større objekter - med en stor forskel i størrelse - viser størrelsesordener, hvordan man kvantificerer størrelsesforskellene. Størrelsesordrer giver dig mulighed for at sammenligne den omtrentlige værdi af et ekstremt lille objekt, såsom et atoms masse eller diameter, med et meget større objekt. Du kan bestemme størrelsesorden ved hjælp af videnskabelig notation til at udtrykke disse målinger og kvantificere forskellene.

TL; DR (for lang; Læste ikke)

For at sammenligne størrelsen på et stort atom med et meget mindre atom giver størrelsesordningerne dig mulighed for at kvantificere størrelsesforskellene. Videnskabelige notationer hjælper dig med at udtrykke disse målinger og tildele forskellene en værdi.

Den gennemsnitlige diameter af et atom er 0,1 til 0,5 nanometer. En meter indeholder 1.000.000.000 nanometer. Mindre enheder, såsom centimeter og millimeter, der typisk bruges til at måle små genstande, der kan passe i din hånd, er stadig meget større end et nanometer. For at videreføre dette er der 1.000.000 nanometer i en millimeter og 10.000.000 nanometer i en centimeter. Forskere måler undertiden atomer i ansgtomer, en enhed der svarer til 10 nanometer. Størrelsesområdet for atomer er 1 til 5 ångstrøm. En angstrøm er lig med 1 / 10.000.000 eller 0.0000000001 m.

Det metriske system gør det let at konvertere mellem enheder, fordi det er baseret på kræfter på 10. Hver effekt på 10 er lig med en størrelsesorden. Nogle af de mere almindelige enheder til måling af længde eller afstand inkluderer:

• Kilometer = 1000 m = 103 m
•  Meter = 1 m = 101 m
•  Centimeter = 1/100 m = 0,01 m = 10-2 m
•  Millimeter = 1/1000 m = 0,001 m = 10-3 m
•  Mikrometer = 1 / 1.000.000 m = 0.000001 m = 10-6 m
•  Nanometer = 1 / 1.000.000.000 m = 0.000000001 m = 10-9 m
•  Angstrom = 1 / 10.000.000.000 m = 0.00000000001 m = 10-10 m

Udtryk kræfter på 10 ved hjælp af videnskabelig notation, hvor et tal, såsom a, ganges med 10 rejst med en eksponent, n. Videnskabelig notation bruger eksponentielle kræfter på 10, hvor eksponenten er et heltal, der repræsenterer antallet af nuller eller decimaler i en værdi, såsom: a x 10n

Eksponenten gør store tal med en lang række nuller eller små tal med mange decimaler meget mere håndterbare. Efter måling af to objekter i meget forskellige størrelser med den samme enhed skal du udtrykke målingerne i videnskabelig notation for at gøre det lettere at sammenligne dem ved at bestemme størrelsesorden mellem de to numre. Beregn størrelsesorden mellem to værdier ved at trække forskellen mellem de to eksponenter.

For eksempel måler saltkornets diameter 1 mm og en baseball måler 10 cm. Når du konverterer til meter og udtrykkes i videnskabelig notation, kan du nemt sammenligne målingerne. Saltkornet måler 1 x 10^-3 m og baseball måler 1 x 10^-1 m. Subtraktion -1 fra -3 resulterer i en størrelsesorden -2. Saltkornet er to størrelsesordener mindre end baseball.

At sammenligne størrelsen på et atom med objekter, der er store nok til at se uden et mikroskop, kræver meget større størrelsesordener. Antag, at du sammenligner et atom, der har en diameter på 0,1 nm med et AAA-batteri i størrelse, der har en diameter på 1 cm. Konvertering af begge enheder til meter og anvendelse af videnskabelig notation, udtryk målingerne som 10^-10 m og 10^-1 m, henholdsvis. For at finde forskellen i størrelsesordenen trækkes eksponenten -10 fra eksponenten -1. Størrelsesrækkefølgen er -9, så atomets diameter er ni størrelsesordener mindre end batteriet. Med andre ord kunne en milliard atomer stille sig på tværs af batteriets diameter.

Tykkelsen af ​​et ark papir er ca. 100.000 nanometer eller 105 nm. Et ark papir er omkring seks størrelsesordener tykkere end et atom. I dette eksempel ville en stak på 1.000.000 atomer have samme tykkelse som papirark.

Ved anvendelse af aluminium som et specifikt eksempel har et aluminiumatom en diameter på ca. 0,18 nm sammenlignet med en skilling, der har en diameter på ca. 18 mm. Dime-diameteren er otte størrelsesordener større end aluminiumatomet.

For perspektiv, sammenlign masserne af to objekter, der kan observeres uden et mikroskop og er også adskilt af flere størrelsesordener, såsom massen af ​​en blåhval og en honningbi. En blåhval vejer omkring 100 ton eller 10⁸ gram. En honningbier vejer ca. 100 mg eller 10^-1 g. Hvalen er ni størrelsesordener mere massiv end honningbien. En milliard honningbier har omtrent samme masse som en blåhval.