Beim Vergleich von Atomen mit größeren Objekten – mit großen Größenunterschieden – zeigen Größenordnungen, wie man die Größenunterschiede quantifizieren kann. Mit Größenordnungen können Sie den ungefähren Wert eines extrem kleinen Objekts, wie die Masse oder der Durchmesser eines Atoms, mit einem viel größeren Objekt vergleichen. Sie können die Größenordnung mit wissenschaftlicher Schreibweise bestimmen, um diese Messungen auszudrücken und die Unterschiede zu quantifizieren.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Um die Größe eines großen Atoms mit einem viel kleineren Atom zu vergleichen, können Sie die Größenunterschiede anhand der Größenordnungen quantifizieren. Wissenschaftliche Notationen helfen Ihnen, diese Messungen auszudrücken und den Unterschieden einen Wert zuzuordnen.
Die winzige Größe der Atome
Der durchschnittliche Durchmesser eines Atoms beträgt 0,1 bis 0,5 Nanometer. Ein Meter enthält 1.000.000.000 Nanometer. Kleinere Einheiten wie Zentimeter und Millimeter, die normalerweise zum Messen kleiner Objekte verwendet werden, die in Ihre Hand passen, sind immer noch viel größer als ein Nanometer. Um dies weiter zu tragen, gibt es 1.000.000 Nanometer in einem Millimeter und 10.000.000 Nanometer in einem Zentimeter. Forscher messen Atome manchmal in Ansgtoms, einer Einheit, die 10 Nanometern entspricht. Der Größenbereich der Atome beträgt 1 bis 5 Angström. Ein Angström entspricht 1/10 000 000 oder 0,000000001 m.
Einheiten und Maßstab
Das metrische System erleichtert die Umrechnung zwischen Einheiten, da es auf Zehnerpotenzen basiert. Jede Zehnerpotenz entspricht einer Größenordnung. Einige der gebräuchlicheren Einheiten zum Messen von Länge oder Abstand sind:
- Kilometer = 1000 m = 103 m
- Meter = 1 m = 101 m
- Zentimeter = 1/100 m = 0,01 m = 10-2 m
- Millimeter = 1/1000 m = 0,001 m = 10-3 m
- Bügelmessschraube = 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
Zehnerpotenzen und wissenschaftliche Notation
Drücken Sie Zehnerpotenzen in der wissenschaftlichen Notation aus, bei der eine Zahl, wie z. B. a, mit 10 multipliziert wird, erhöht durch einen Exponenten, n. Die wissenschaftliche Notation verwendet die Exponentialpotenzen von 10, wobei der Exponent eine ganze Zahl ist, die die Anzahl der Nullen oder Dezimalstellen in einem Wert darstellt, wie zum Beispiel: a x 10n
Der Exponent macht große Zahlen mit einer langen Reihe von Nullen oder kleine Zahlen mit vielen Nachkommastellen viel überschaubarer. Nachdem Sie zwei Objekte sehr unterschiedlicher Größe mit derselben Einheit gemessen haben, drücken Sie die Maße in. aus wissenschaftliche Notation, um den Vergleich zu erleichtern, indem die Größenordnung zwischen den beiden bestimmt wird Zahlen. Berechnen Sie die Größenordnung zwischen zwei Werten, indem Sie die Differenz zwischen den beiden Exponenten subtrahieren.
Der Durchmesser eines Salzkorns zum Beispiel beträgt 1 mm und ein Baseball misst 10 cm. In Meter umgerechnet und in wissenschaftlicher Schreibweise ausgedrückt, können Sie die Messungen leicht vergleichen. Das Salzkorn misst 1 x 10-3 m und der Baseball misst 1 x 10-1 m. Die Subtraktion von -1 von -3 ergibt eine Größenordnung von -2. Das Salzkorn ist zwei Größenordnungen kleiner als der Baseball.
Vergleich von Atomen mit größeren Objekten
Der Vergleich der Größe eines Atoms mit Objekten, die groß genug sind, um ohne Mikroskop zu sehen, erfordert viel größere Größenordnungen. Angenommen, Sie vergleichen ein Atom mit einem Durchmesser von 0,1 nm mit einer Batterie der Größe AAA mit einem Durchmesser von 1 cm. Konvertieren Sie beide Einheiten in Meter und verwenden Sie die wissenschaftliche Notation, um die Messungen als 10. auszudrücken-10 m und 10-1 m bzw. Um den Unterschied in den Größenordnungen zu ermitteln, subtrahiere den Exponenten -10 vom Exponenten -1. Die Größenordnung ist -9, der Durchmesser des Atoms ist also neun Größenordnungen kleiner als der der Batterie. Mit anderen Worten, eine Milliarde Atome könnten sich über den Durchmesser der Batterie anordnen.
Die Dicke eines Blattes Papier beträgt etwa 100.000 Nanometer oder 105 nm. Ein Blatt Papier ist etwa sechs Größenordnungen dicker als ein Atom. In diesem Beispiel hätte ein Stapel von 1.000.000 Atomen die gleiche Dicke wie ein Blatt Papier.
Unter Verwendung von Aluminium als spezifisches Beispiel hat ein Aluminiumatom einen Durchmesser von etwa 0,18 nm im Vergleich zu einem Groschen mit einem Durchmesser von etwa 18 mm. Der Durchmesser des Groschens ist acht Größenordnungen größer als der des Aluminiumatoms.
Blauwale zu Honigbienen
Vergleichen Sie für die Perspektive die Massen zweier Objekte, die ohne Mikroskop beobachtet werden können und auch um mehrere Größenordnungen voneinander getrennt sind, z. B. die Masse eines Blauwals und einer Honigbiene. Ein Blauwal wiegt etwa 100 Tonnen oder 108 Gramm. Eine Honigbiene wiegt etwa 100 mg oder 10-1 G. Der Wal ist neun Größenordnungen massiver als die Honigbiene. Eine Milliarde Honigbienen haben ungefähr die gleiche Masse wie ein Blauwal.
