Nach meinem Wissen sind Atome jenseits unserer Vorstellungskraft klein. Auf Wikipedia gibt es jedoch ein Bild, das Siliziumatome zeigt, die an der Oberfläche von Siliziumkarbid -Kristallen beobachtet wurden.
Das Bild:
Wie können wir diese unterschiedlichen Atome sehen, wenn sie so klein sind?
Kommentare
- Mit Mit der aktuellen Technologie können wir nicht nur Atome sehen, sondern mit ihnen auch vollwertige Animationen erstellen: youtube.com/watch?v=oSCX78-8-q0
- @@ Nick Ziemlich cool! IBM ‚ macht so etwas seit 25 Jahren. Sie haben ihr Logo 1990 in Atomen erstellt: www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/vintage/… Dies war zu dieser Zeit WIRKLICH eine große Neuigkeit.
- Die IBM-Mitarbeiter müssen zu viel Zeit zur Verfügung haben!
- Relevantes Update: Foto eines einzelnen Atoms.
Antwort
Dies hängt ganz davon ab, was Sie tun meine mit „sehen“. Lassen Sie mich zunächst Folgendes bemerken:
Nach meinem Wissen sind Atome jenseits unserer Vorstellungskraft klein
Nein. Atome sind ziemlich groß im Vergleich zu bestimmten anderen Dingen, mit denen wir herumspielen, wie ihren Bestandteilen (Protonen, Elektronen) in Teilchenbeschleunigern. Die Größe der Atome liegt in der Größenordnung von 0,1 Nanometern (natürlich gibt es eine Variation der Größe , aber ich werde mich vorerst nicht darum kümmern). A. Nanometer sind $ 10 ^ {- 9} $ Meter. Protonen zum Beispiel sind sehr viel kleiner und Atome sind in gewissem Sinne so groß, dass wir seit über hundert Jahren kennen dass sie nicht unteilbar sind, weil wir in Experimenten gesehen haben, dass sie es nicht sind.
Können wir nun Atome „sehen“? Dies hängt, wie ich bereits angedeutet habe, davon ab, was Sie unter „sehen“ verstehen. Wenn Sie „ein Bild im sichtbaren Licht machen“ meinen, können Sie das nicht tun. In der Mikroskopie gilt die Faustregel, dass die kleinsten Dinge, die Sie mit einem perfekt konstruierten Mikroskop unterscheiden können, eine Größe haben müssen, die etwa der halben Wellenlänge des Lichts entspricht, auf das Sie „scheinen“. Die genauere Version davon ist als „bekannt“ Abbé-Beugungsgrenze . Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge von etwa 400-700 Nanometern. Dies ist natürlich etwa 4000-7000-mal so viel wie der Durchmesser des Atoms Es gibt in der Tat keine Möglichkeit, ein Atom mit einem (Beugungs-) Mikroskop unter Verwendung von Licht zu sehen. [Wie in den Kommentaren vorgeschlagen, gibt es eine Reihe von Methoden, um um Abbés herumzukommen Beugungsgrenze unter Verwendung teilweise unterschiedlicher Techniken als bei der üblichen Mikroskopie. Es scheint jedoch, dass eine Auflösung der Atome noch nicht erreicht ist.]
Aber es gibt noch andere Dinge außer Licht, die wir verwenden können. Wir könnten zum Beispiel Elektronen anstelle von Licht verwenden. Die Quantenmechanik sagt uns, dass Elektronen wie Licht und alles andere eine Wellenlänge haben. Natürlich sieht ein solches Mikroskop ein bisschen anders aus als ein Lichtmikroskop, weil wir Menschen keinen guten Detektionsmechanismus für Elektronen haben. Das heißt, um aus den gebrochenen und gebeugten Elektronen ein Bild zu machen, müssen wir elektronische Sensoren verwenden und das Bild dann neu erstellen. Diese Art von Mikroskop, die ich gerade beschrieben habe, ist mehr oder weniger ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) und es gibt sie schon seit langer Zeit. Heutzutage haben solche Mikroskoptypen eine Auflösung von etwa 0,05 Nanometer (übliche TEMS haben manchmal eine Auflösung etwa 1000-mal besser als die Auflösung von Lichtmikroskopen, aber mit einigen Korrekturtechniken kann man Auflösungen von 0,05 nm und möglicherweise darunter erreichen ) . Dies ist gerade genug, um ein Atom zu sehen (siehe hier für ein frühes Bild, die andere Antwort enthält bessere und neuere Bilder), aber wahrscheinlich nicht genug, um das von Ihnen verknüpfte Bild zu sehen und eine etwas bessere Auflösung zu haben.
[Hinweis: Vor einigen Jahren brauchten Sie definitiv das Mikroskop, das ich im nächsten Abschnitt für ein solches Bild beschreibe. Heute können Sie es möglicherweise um es auch über TEMs zu erreichen. Mit anderen Worten: Heute können Sie möglicherweise Atome mit Elektronen „sehen“.]
Wie haben wir das bekommen:
Aber es gibt ein Wikipedia-Bild, das Siliziumatome zeigt, die an der Oberfläche von Siliziumkarbidkristallen beobachtet werden.
Wir müssen verwenden ein anderer Typ eines elektronischen Mikroskops, ein Rastertunnelmikroskop (STM) .Während das TEM grundsätzlich genauso funktioniert wie ein Lichtmikroskop, verwendet das STM unterschiedliche Konzepte. Daher ist es noch weiter entfernt von dem, was Sie normalerweise als „Sehen“ bezeichnen würden. Ich werde nicht im Detail beschreiben, wie dies funktioniert, aber das Mikroskop besteht aus einer kleinen Spitze mit angelegter Spannung und misst das Tunneln von Elektronen in die Sonde, wodurch der Abstand zur Sonde gemessen wird. Der Peak wandert dann über die Oberfläche Ihres Materials und misst den Abstand des Materials zur Spitze an vielen Stellen und erstellt dann ein topografisches Bild der Sonde. So misst es die Elektronendichte um das Atom und damit, wie wir es verstehen, die Größe des Atoms. Damit kann jedes vernünftige STM eine Auflösung von etwa 0,1 nm erreichen und gute STMs sind viel besser.
Und so können wir schließlich Atome sehen.
Kommentare
- @ Martin Beachten Sie die Behauptungen in der anderen Antwort und in den Kommentaren darunter. Außerdem ist der Link bei 0,05 nm unterbrochen.
- @Emilio Pisanty: Vielen Dank, dass Sie auf den defekten Link hingewiesen haben. Ich habe andere Quellen gefunden, die das Gleiche behaupten, und sie hinzugefügt. Die Auflösung, die ich zitiere, ist im Grunde die gleiche wie die in t Die neue Antwort. Technisch gesehen habe ich nie behauptet, dass Sie ‚ keine Atome mit TEMs sehen können – ich habe geschrieben, Sie können sie sehen -, aber ich habe darauf hingewiesen, dass Sie ‚ t bekommen das Bild oben. Dies bleibt wahr, da das Bild der Frage definitiv ein STM-Bild ist. Ich denke auch, dass die Auflösung immer noch besser ist und Sie könnten argumentieren, dass die Nachbearbeitung des STEM unten auch nicht “ “ ist. Aber ich habe versucht, dies zu klären.
- Es hängt natürlich von Ihrer Definition von “ ab, siehe „, aber wir Dank Techniken wie Rasterkraftmikroskopie
Antwort
Die Aussage von Martin oben:
Können wir nun Atome „sehen“? Dies hängt, wie ich bereits angedeutet habe, davon ab, was Sie unter „sehen“ verstehen. Wenn Sie „ein Bild im sichtbaren Licht machen“ meinen, können Sie das nicht tun.
ist eigentlich nicht ganz richtig. Man kann Nehmen Sie Bilder mit sichtbarem Licht auf, die einzelne Atome zeigen. Hier ein Beispiel:
Der Grund dafür ist, dass dies ein ist System, in dem die Atome sehr verdünnt sind, viel mehr als in einem normalen Festkörper, und auf diskrete Stellen in einem 2D-Blatt beschränkt sind. Außerdem wird Licht bei 780 nm verwendet, um das Bild aufzunehmen, das mit einem elektronischen Übergang in diesen resonant ist Atome und sind daher sehr stark gestreut. Die Atome sind sehr dunkel (dieses Bild hatte wahrscheinlich eine Belichtungszeit von etwa einer Sekunde mit einem hochwertigen CCD-Sensor), und ein sehr schöner Mikroskopaufbau ist erforderlich, um die erforderliche Vergrößerung zu erhalten, aber dies ist wirklich ein Bild der Atome nach den gleichen Prinzipien wie jedes Bild einer Zelle, das mit a aufgenommen wurde n optisches Mikroskop.
Bearbeiten: Ich möchte jedoch betonen, dass es sich wie bei fast allen wissenschaftlichen Bildern um ein Falschfarbenbild handelt, dessen grüner Farbton willkürlich gewählt wird. Um dem, was man tatsächlich sehen würde, treu zu bleiben, sollte die Farbskala stattdessen die rötliche Farbe des 780-nm-Lichts sein, das die Atome beleuchtet.
Kommentare
- Das ‚ betrügt ein bisschen, aber ‚ ist ein cooles Experiment. Auf die gleiche Weise kann man Licht verwenden, um einzelne Ionen in einer Ionenfalle abzubilden, wie die in den Bildern hier ; hier liegt der Abstand zwischen den Ionen in der Größenordnung von 10 & mgr; m (resultierend aus dem Gleichgewicht zwischen dem Begrenzungspotential und ihrer gegenseitigen Abstoßung), was ungefähr 20-mal länger als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts und ~ 200.000 länger als die typische interatomare Trennung ist in einem Kristall.
- @EmilioPisanty Ja, das ist ein guter Punkt. Die Arbeit mit Ionen geht der Abbildung einzelner neutraler Atome voraus. Ob dies “ Betrug ist, “ überlasse ich dem Leser ‚ s Urteil;) (aber ich würde bemerken, dass das OP in keiner Weise spezifizierte, dass er nach Atomen in einem Festkörper fragte).
Antwort
Dies ist ein Bild eines Sc2O3-Nanokristalls, der mit einem abberationskorrigierten Raster-Transmissionselektronenmikroskop erhalten wurde.
Das linke Bild wird aufgenommen, indem nur Elektronen gemessen werden, die durch den Durchgang durch das Material gebogen / abgelenkt wurden (in diesem Fall sehen wir die Sauerstoffatome nicht sehr gut).
Das Bild ist eingeschaltet Das rechte misst alle Elektronen, die durch das Material laufen. (In diesem Fall sehen wir ziemlich deutlich Sauerstoff- und Scandiumsäulen – in diesem Fall Säulen mit etwa 5 Atomen.)
In diesem Fall sehen wir Atomsäulen, aber tomografische STEMs existieren und können die reproduzieren 3D-Positionen einzelner Atome in einem Material
STEMs senden Elektronen in eine Probe und zeichnen auf, wie diese Elektronen gestreut, absorbiert oder übertragen werden, ganz analog dazu, wie Lichtmikroskope funktionieren. Nur Elektronen haben eine VIEL kleinere Wellenlänge als Licht.
Wir können Atome nicht mit Licht sehen, weil Atome viel viel kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind.
Aber Elektronen haben eine viel kleinere Wellenlänge, so dass wir viel kleinere Merkmale als Licht untersuchen können könnte hoffen,
zuzulassen Dieses Bild hat eine Auflösung von ungefähr 70 Pikometern (0,07 nm) und Atome haben „Durchmesser“ von ungefähr 0,1 nm … 10 ^ (- 10) Meter. Mehr als genug Auflösung, um Atome zu sehen
Im Gegensatz zur vorherigen Antwort können wir Atome tatsächlich sehr gut mit STEMs und TEMs abbilden.
Darüber hinaus können moderne STEMs Atome basierend darauf wie chemisch identifizieren Der Elektronenstrahl wird durch die Probe abgelenkt.
Mehr Elektronen in den Atomen => größere Ablenkung.
Wir können also nicht nur Atome sehen, sondern auch ihre Chemie und physikalischen Eigenschaften untersuchen, während wir sie betrachten!
Unten sehen Sie ein Bild eines Nd3 +: Sc2O3-Nanokristalls. Die helleren Punkte entsprechen den Nd-Atomen (aufgrund ihrer viel größeren Anzahl von Elektronen)
David B. Williams und 1 weiteren Transmissionselektronenmikroskopie: Ein Lehrbuch für Materialwissenschaften (4 Vol. Set)
Ist eine sehr gründliche und vollständige Quelle für alles, was mit Elektronenmikrokohle zu tun hat.
Bilder, die mit einem JOEL ARM200F und einem Fourier-Raum aufgenommen wurden, gefiltert und analysiert mit Gatan >
Kommentare
- Bitte geben Sie Quellen für alle Ihre Bilder und Behauptungen an.
- Wie in haben Sie das Experiment selbst durchgeführt? In diesem Fall werden Sie ‚ verstehen, dass Sie immer noch einen guten Verweis auf das Dokument geben müssen, in dem die Methoden beschrieben werden. Verwenden Sie auch die Schaltfläche Bearbeiten, um die Referenzen in Ihren Beitrag aufzunehmen, anstatt sie nur in den Kommentaren zu veröffentlichen.
- Nicht meine Ablehnung, aber (1) die andere Antwort erhebt keinen solchen Anspruch, (2) Ihre Das technische Schreiben muss verbessert werden, und (3) Sie müssen geeignete Referenzen angeben, insbesondere wenn Ihre Ansprüche dem vorherigen Inhalt zuwiderlaufen. (Ich sage nicht, dass Sie ‚ falsch liegen, ich ‚ sage, dass Sie mehr als ein Ich-sagen-so brauchen.) Entschuldigung für die Verknüpfungsbeschränkung – Dies ist eine Systemabwehr gegen Spam. Wenn Sie Ihre Referenzen im Beitrag markieren und die Links in die Kommentare aufnehmen, kann ich sie in den Links für Sie bearbeiten, aber Sie benötigen ‚ keine URLs, wenn herkömmliche Zeitschriftenreferenzen dies nur tun gut.
- Lesen Sie die andere Antwort im Detail – in diesem Absatz geht es speziell um TEM-Mikroskope. Sie müssen noch Beweise vorlegen, die speziell den Behauptungen von Martin ‚ widersprechen. Beim Schreiben, insbesondere bei Themen von allgemeinem Interesse wie diesem, müssen Sie für ein allgemeines Publikum schreiben, das im aktuellen Text nicht angesprochen wird. das kann eine Quelle für Abstimmungen sein. Der aktuelle Text ist fragmentiert, schwer zu lesen und im Allgemeinen viel weniger zugänglich als die vorherige Antwort.
- Ich habe ‚ auch nicht die Absicht, Sie zu diskutieren – dies ist wahrscheinlich mein letzter Kommentar hier – und ich ‚ bin definitiv nicht derjenige, gegen den Sie kämpfen sollten. Sie haben wahrscheinlich eine großartige Antwort, die ich ‚ versucht habe, Ihnen beim Herausbringen zu helfen, aber letztendlich (meiner Ansicht nach) ‚ Es liegt an Ihnen, Ihr technisches Schreiben so weit zu verbessern, dass Sie ‚ das allgemeine Publikum, das ‚ liest, nicht entfremden Post. Guten Tag!
Die Aussage von Martin oben:
Können wir nun Atome „sehen“? Dies hängt, wie ich bereits angedeutet habe, davon ab, was Sie unter „sehen“ verstehen. Wenn Sie „ein Bild im sichtbaren Licht machen“ meinen, können Sie das nicht tun.
ist eigentlich nicht ganz richtig. Man kann Nehmen Sie Bilder mit sichtbarem Licht auf, die einzelne Atome zeigen. Hier ein Beispiel:
Der Grund dafür ist, dass dies ein ist System, in dem die Atome sehr verdünnt sind, viel mehr als in einem normalen Festkörper, und auf diskrete Stellen in einem 2D-Blatt beschränkt sind. Außerdem wird Licht bei 780 nm verwendet, um das Bild aufzunehmen, das mit einem elektronischen Übergang in diesen resonant ist Atome und sind daher sehr stark gestreut. Die Atome sind sehr dunkel (dieses Bild hatte wahrscheinlich eine Belichtungszeit von etwa einer Sekunde mit einem hochwertigen CCD-Sensor), und ein sehr schöner Mikroskopaufbau ist erforderlich, um die erforderliche Vergrößerung zu erhalten, aber dies ist wirklich ein Bild der Atome nach den gleichen Prinzipien wie jedes Bild einer Zelle, das mit a aufgenommen wurde n optisches Mikroskop.
Bearbeiten: Ich möchte jedoch betonen, dass es sich wie bei fast allen wissenschaftlichen Bildern um ein Falschfarbenbild handelt, dessen grüner Farbton willkürlich gewählt wird. Um dem, was man tatsächlich sehen würde, treu zu bleiben, sollte die Farbskala stattdessen die rötliche Farbe des 780-nm-Lichts sein, das die Atome beleuchtet.
Kommentare
- Das ‚ betrügt ein bisschen, aber ‚ ist ein cooles Experiment. Auf die gleiche Weise kann man Licht verwenden, um einzelne Ionen in einer Ionenfalle abzubilden, wie die in den Bildern hier ; hier liegt der Abstand zwischen den Ionen in der Größenordnung von 10 & mgr; m (resultierend aus dem Gleichgewicht zwischen dem Begrenzungspotential und ihrer gegenseitigen Abstoßung), was ungefähr 20-mal länger als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts und ~ 200.000 länger als die typische interatomare Trennung ist in einem Kristall.
- @EmilioPisanty Ja, das ist ein guter Punkt. Die Arbeit mit Ionen geht der Abbildung einzelner neutraler Atome voraus. Ob dies “ Betrug ist, “ überlasse ich dem Leser ‚ s Urteil;) (aber ich würde bemerken, dass das OP in keiner Weise spezifizierte, dass er nach Atomen in einem Festkörper fragte).
Antwort
Dies ist ein Bild eines Sc2O3-Nanokristalls, der mit einem abberationskorrigierten Raster-Transmissionselektronenmikroskop erhalten wurde.
Das linke Bild wird aufgenommen, indem nur Elektronen gemessen werden, die durch den Durchgang durch das Material gebogen / abgelenkt wurden (in diesem Fall sehen wir die Sauerstoffatome nicht sehr gut).
Das Bild ist eingeschaltet Das rechte misst alle Elektronen, die durch das Material laufen. (In diesem Fall sehen wir ziemlich deutlich Sauerstoff- und Scandiumsäulen – in diesem Fall Säulen mit etwa 5 Atomen.)
In diesem Fall sehen wir Atomsäulen, aber tomografische STEMs existieren und können die reproduzieren 3D-Positionen einzelner Atome in einem Material
STEMs senden Elektronen in eine Probe und zeichnen auf, wie diese Elektronen gestreut, absorbiert oder übertragen werden, ganz analog dazu, wie Lichtmikroskope funktionieren. Nur Elektronen haben eine VIEL kleinere Wellenlänge als Licht.
Wir können Atome nicht mit Licht sehen, weil Atome viel viel kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind.
Aber Elektronen haben eine viel kleinere Wellenlänge, so dass wir viel kleinere Merkmale als Licht untersuchen können könnte hoffen,
zuzulassen Dieses Bild hat eine Auflösung von ungefähr 70 Pikometern (0,07 nm) und Atome haben „Durchmesser“ von ungefähr 0,1 nm … 10 ^ (- 10) Meter. Mehr als genug Auflösung, um Atome zu sehen
Im Gegensatz zur vorherigen Antwort können wir Atome tatsächlich sehr gut mit STEMs und TEMs abbilden.
Darüber hinaus können moderne STEMs Atome basierend darauf wie chemisch identifizieren Der Elektronenstrahl wird durch die Probe abgelenkt.
Mehr Elektronen in den Atomen => größere Ablenkung.
Wir können also nicht nur Atome sehen, sondern auch ihre Chemie und physikalischen Eigenschaften untersuchen, während wir sie betrachten!
Unten sehen Sie ein Bild eines Nd3 +: Sc2O3-Nanokristalls. Die helleren Punkte entsprechen den Nd-Atomen (aufgrund ihrer viel größeren Anzahl von Elektronen)
David B. Williams und 1 weiteren Transmissionselektronenmikroskopie: Ein Lehrbuch für Materialwissenschaften (4 Vol. Set)
Ist eine sehr gründliche und vollständige Quelle für alles, was mit Elektronenmikrokohle zu tun hat.
Bilder, die mit einem JOEL ARM200F und einem Fourier-Raum aufgenommen wurden, gefiltert und analysiert mit Gatan >
Kommentare
- Bitte geben Sie Quellen für alle Ihre Bilder und Behauptungen an.
- Wie in haben Sie das Experiment selbst durchgeführt? In diesem Fall werden Sie ‚ verstehen, dass Sie immer noch einen guten Verweis auf das Dokument geben müssen, in dem die Methoden beschrieben werden. Verwenden Sie auch die Schaltfläche Bearbeiten, um die Referenzen in Ihren Beitrag aufzunehmen, anstatt sie nur in den Kommentaren zu veröffentlichen.
- Nicht meine Ablehnung, aber (1) die andere Antwort erhebt keinen solchen Anspruch, (2) Ihre Das technische Schreiben muss verbessert werden, und (3) Sie müssen geeignete Referenzen angeben, insbesondere wenn Ihre Ansprüche dem vorherigen Inhalt zuwiderlaufen. (Ich sage nicht, dass Sie ‚ falsch liegen, ich ‚ sage, dass Sie mehr als ein Ich-sagen-so brauchen.) Entschuldigung für die Verknüpfungsbeschränkung – Dies ist eine Systemabwehr gegen Spam. Wenn Sie Ihre Referenzen im Beitrag markieren und die Links in die Kommentare aufnehmen, kann ich sie in den Links für Sie bearbeiten, aber Sie benötigen ‚ keine URLs, wenn herkömmliche Zeitschriftenreferenzen dies nur tun gut.
- Lesen Sie die andere Antwort im Detail – in diesem Absatz geht es speziell um TEM-Mikroskope. Sie müssen noch Beweise vorlegen, die speziell den Behauptungen von Martin ‚ widersprechen. Beim Schreiben, insbesondere bei Themen von allgemeinem Interesse wie diesem, müssen Sie für ein allgemeines Publikum schreiben, das im aktuellen Text nicht angesprochen wird. das kann eine Quelle für Abstimmungen sein. Der aktuelle Text ist fragmentiert, schwer zu lesen und im Allgemeinen viel weniger zugänglich als die vorherige Antwort.
- Ich habe ‚ auch nicht die Absicht, Sie zu diskutieren – dies ist wahrscheinlich mein letzter Kommentar hier – und ich ‚ bin definitiv nicht derjenige, gegen den Sie kämpfen sollten. Sie haben wahrscheinlich eine großartige Antwort, die ich ‚ versucht habe, Ihnen beim Herausbringen zu helfen, aber letztendlich (meiner Ansicht nach) ‚ Es liegt an Ihnen, Ihr technisches Schreiben so weit zu verbessern, dass Sie ‚ das allgemeine Publikum, das ‚ liest, nicht entfremden Post. Guten Tag!