Tudomásom szerint az atomok kicsik a képzeletünkön felül. De van egy kép a Wikipédián, amely a szilícium-karbid kristályok felületén megfigyelt szilícium atomokat mutatja.
A kép:
Hogyan láthatjuk ezeket a különféle atomokat, ha olyan kicsiek?
Megjegyzések
- a jelenlegi technológia, nemcsak atomokat láthatunk, hanem teljes értékű animációkat is készíthetünk ezek felhasználásával: youtube.com/watch?v=oSCX78-8-q0
- @@ Nick Nagyon klassz! Az IBM ‘ 25 éve foglalkozik ilyesmivel. 1990-ben atomokban készítették logójukat: www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/vintage/… Ez TÉNYLEG nagy hír volt abban az időben.
- Az IBM srácoknak túl sok idő kell, hogy legyen a kezükben!
- Releváns frissítés: egyetlen atom fényképe.
Válasz
Ez teljesen attól függ, hogy mit jelentése: “lásd”. Kezdem azzal, hogy megjegyzem:
Tudomásom szerint az atomok képzeletünkön túl kicsiek
Nem. Az atomok meglehetősen nagyok bizonyos más dolgokhoz képest, amelyekkel együtt játszunk, például a részecskegyorsítók alkotóelemeihez (protonok, elektronok). Az atomok nagysága 0,1 nanométer nagyságrendű (természetesen van méretváltozás , de egyelőre nem fogok zavarni). nanométer $ 10 ^ {- 9} $ méter. A protonok például sokkal kisebbek, és az atomok bizonyos értelemben akkorák, hogy már több mint száz éve ismerjük hogy nem oszthatók meg, mert kísérletekben láttuk, hogy nem.
Most “láthatunk” atomokat? Ez attól függ, amint már utaltam rá, hogy mit értesz “látni” alatt Ha azt jelenti, hogy “készítsen képet látható fényben”, akkor ezt nem teheti meg. A mikroszkópiában van egy ökölszabály, miszerint a tökéletesen megtervezett mikroszkóppal megkülönböztethető legkisebb dolgoknak a felette kell lennie annak a fénynek a hullámhosszának, amelynek a fényét ragyogja. Ennek a pontosabb változata a Abbé difrakciós határa . A látható fény hullámhossza körülbelül 400-700 nanométer. Ez természetesen körülbelül 4000-7000-szer akkora, mint az atom átmérője, tehát valójában nincs mód arra, hogy fényt használó (diffrakciós) mikroszkóppal rendelkező atomot láthassunk. [Ahogy azt a megjegyzések javasolják, számos módszer létezik Abbé megkerülésére. diffrakciós határ , részenként nagyon eltérő technikákat alkalmazva, mint a szokásos mikroszkópia. Úgy tűnik azonban, hogy az atomok felbontása még nem valósult meg.]
De a fényen kívül más is használható. Használhatunk például elektronokat fény helyett. A kvantummechanika azt mondja nekünk, hogy az elektronoknak, csakúgy, mint a fénynek és minden másnak, hullámhosszuk van. Természetesen egy ilyen mikroszkóp egy kicsit másképp néz ki, mint egy fénymikroszkóp, mert nekünk, embereknek nincs jó detektálási mechanizmusuk az elektronok számára. Ez azt jelenti, hogy a törött és diffrakciós elektronokból képet készítsünk, elektronikus szenzorokat kell használnunk, majd újra létre kell hoznunk a képet. Ez a típusú mikroszkóp, amelyet most leírtam, nagyjából transzmissziós elektronmikroszkóp (TEM) , és már régóta léteznek. Ma az ilyen típusú mikroszkópok felbontása kb. 0.05 nanométer (a szokásos TEMS-re néha hivatkoznak, ha a felbontás körülbelül 1000-szer jobb, mint a fénymikroszkópok felbontása, de bizonyos korrekciós technikák alkalmazásával 0,05 nm-es és talán alacsonyabb felbontást is elérhetünk ) . Ez kb. Egy atom megtekintéséhez (korai képet lásd itt , a másik válasz jobb és újabb képeket tartalmaz), de valószínűleg nem elég ahhoz, hogy a linkelt kép megjelenjen, hogy valamivel jobb felbontású legyen.
[Megjegyzés: néhány évvel ezelőtt mindenképpen szükség volt egy ilyen képhez a mikroszkópra, amelyet a következő szakaszban ismertetek, ma talán képes lehet más szavakkal: Ma már képes lehet atomokat “látni” elektronokkal.]
Tehát hogyan kaptuk ezt:
De van egy wikipédia-kép, amely a szilícium-karbid kristályok felületén megfigyelt szilícium atomokat mutatja.
Használnunk kell egy másik típusú elektronikus mikroszkóp, egy pásztázó alagútmikroszkóp (STM) .Míg a TEM alapvetően ugyanúgy működik, mint egy fénymikroszkóp, az STM különböző fogalmakat használ. Ezért még inkább el van távolítva attól, amit általában “látásnak” neveznél. Nem fogom részletesen leírni ennek működését, de a mikroszkóp egy kis csúcsból áll, amelynek feszültsége van, és méri az elektronok alagútját a szondába, ezáltal megmérve a szondához való távolságot. A csúcs ezután a anyagának felülete, és sok ponton megméri az anyag távolságát a csúcsig, majd elkészíti a szonda topográfiai képét. Tehát megméri az atom körüli elektronsűrűséget, és ezáltal, amint mi megértjük, az atom méretét. Ezzel bármely ésszerű STM körülbelül 0,1 nm felbontást érhet el, és a jó STM sokkal jobb.
És végül így láthatjuk az atomokat.
Megjegyzések
- @ Martin Vegye figyelembe a másik válaszban és az alatta lévő megjegyzésekben szereplő állításokat. A 0,05 nm-es link megszakad.
- @ Emilio Pisanty: Köszönöm, hogy felhívta a figyelmet a megszakadt linkre. Találtam más forrásokat, amelyek ugyanezt állították, és hozzáadtam őket. Az általam idézett felbontás alapvetően megegyezik a t új válasz. Technikailag soha nem állítottam, hogy ‘ nem láthat atomokat a TEM-ekkel – írtam, hogy láthatja őket -, de rámutattam, hogy nyertél ‘ t kapja meg a fenti képet. Ez továbbra is igaz, mert a kérdés képe mindenképpen STM kép. Továbbá úgy érzem, hogy a felbontás még mindig jobb, és azt állíthatja, hogy az alábbi STEM utólagos feldolgozása szintén nem ” látja a “. De megpróbáltam ezt tisztázni.
- Természetesen a ” lásd a ” definíciójától, de mi olyan képeket kaphat, amelyek egészen közel állnak a valósághoz, köszönhetően a atomi erő mikroszkópia
Válasz
Martin fenti állítása:
Most “láthatunk” atomokat? Ez attól függ, ahogy már utaltam rá, mit értesz a “lát” alatt. Ha arra gondol, hogy “készítsen képet látható fényben”, akkor ezt nem teheti meg.
valójában nem egészen igaz. Egy olyan képeket készíthet látható fény segítségével, amelyek egyetlen atomot mutatnak. Íme egy példa:
Ennek oka az, hogy ez egy rendszer, amelyben az atomok nagyon hígak, sokkal többek, mint egy szokásos szilárd anyagban, és a 2D-lemez különálló helyeire korlátozódnak. Ezenkívül a kép elkészítéséhez 780 nm-es fényt használnak, amely ezekben az elektronikus átmenetekben rezonáns Az atomok nagyon homályosak (ennek a képnek valószínűleg egy másodperces expozíciós ideje volt egy kiváló minőségű CCD-érzékelővel), és nagyon szép mikroszkóp-beállításra van szükség a szükséges nagyítás eléréséhez, de ez valójában az atomok képe, ugyanazokat az elveket alkalmazva, mint a sejt bármelyik képe n optikai mikroszkóp.
szerkesztés: Hangsúlyoznom kell azonban, hogy szinte minden tudományos képhez hasonlóan ez egy hamis színű kép, önkényesen választott zöld árnyalattal. Tehát, hogy hűbb legyünk ahhoz, amit valóban látni akarunk, a színskálának ehelyett az atomokat megvilágító 780 nm-es fény vöröses színének kell lennie.
Megjegyzések
- Ez ‘ csaló, de ‘ jó kísérlet. Ugyanezen az alapon lehet fényt használni egy ioncsapdában lévő egyes ionok képalkotására, mint például az itt található képek ; itt az ionok közötti távolság 10 μm nagyságrendű (a korlátozó potenciál és kölcsönös taszításuk egyensúlyából adódik), ami körülbelül 20-szor nagyobb, mint a látható fény hullámhossza, és ~ 200 000-rel hosszabb, mint a tipikus interatomikus elválasztás kristályban.
- @EmilioPisanty Igen, ez egy jó pont, az ionokkal végzett munka megelőzte az egyes semleges atomok képalkotását. Arról, hogy ez ” csalás-e, ” ezt meghagyom az olvasónak ‘ s ítélete;) (de megjegyezném, hogy az OP semmiképpen sem határozta meg, hogy szilárdan kérdezne az atomokról).
Válasz
Ez egy Sc2O3 nanokristály képe, amelyet abberációval korrigált pásztázó transzmissziós elektronmikroszkópból nyertünk.
A bal oldali képet csak olyan elektronok mérésével rögzítjük, amelyek az anyagon áthaladva meghajlottak / elhajlottak (ebben az esetben nem nagyon látjuk az oxigénatomokat).
A kép a jobb az anyagon áthaladó összes elektront megméri. (Ebben az esetben elég világosan látunk oxigén- és szkandiumoszlopokat – amelyek ebben az esetben körülbelül 5 atomból álló oszlopok)
Ebben az esetben atomoszlopokat látunk, de tomográfiai STEM-ek léteznek és képesek reprodukálni az Az anyag egyes atomjainak 3D elhelyezkedése az anyagban
A STEM úgy működik, hogy elektronokat küld egy mintába, és rögzíti, hogy ezek az elektronok szétszóródnak, elnyelődnek vagy átjutnak, teljesen analóg módon a fénymikroszkópok működésével. fény.
Nem láthatjuk az atomokat, amelyek fényt használnak, mert az atomok sokkal kisebbek, mint a fény hullámhossza.
De az elektronok hullámhossza sokkal kisebb, így sokkal kisebb tulajdonságokat tudunk vizsgálni, mint a fény remélhetőleg megengedheti
Ennek a képnek a felbontása körülbelül 70 pikométer (0,07 nm), az atomok átmérője pedig nagyjából 0,1 nm … 10 ^ (- 10) méter. Több mint elegendő felbontás az atomok megtekintéséhez
Az előző választól eltérően valójában nagyon jól tudjuk képezni az atomokat a STEM-ek és a TEM-ek segítségével.
Továbbá a modern STEM-ek kémiailag képesek azonosítani az atomokat az alapján, az elektronnyaláb elhajlik a mintán.
Több elektron az atomokban => nagyobb a kitérés.
Tehát nem csak atomokat láthatunk, hanem tanulmányozhatjuk azok kémiai tulajdonságait és fizikai tulajdonságait is.
Az alábbiakban egy Nd3 +: Sc2O3 nanokristály képe látható. A világosabb pontok az Nd atomoknak felelnek meg (sokkal nagyobb elektronszámuk miatt)
David B. Williams és még 1 transzmissziós elektronmikroszkópia: tankönyv az anyagtudomány számára (4 kötet készlet)
Nagyon alapos és teljes forrás minden dolog elektronmikroszkóppal.
A JOEL ARM200F és Fourier térrel rögzített képek gatannal leszűrve és elemezve
Megjegyzések
- Kérjük, adjon meg forrást az összes képéhez és követeléséhez.
- Mint ahogy Ön is, maga is elvégezte a kísérletet? Ebben az esetben ‘ meg fogja érteni, hogy még mindig jó hivatkozást kell adnia a módszereket leíró papírra. Kérjük, használja a szerkesztés gombot a hivatkozások bejegyzéséhez, ahelyett, hogy csak a kommentekbe tenné őket.
- Nem az én visszavonásom, de (1) a másik válasz nem állít ilyen állítást, (2) a műszaki írásnak javulnia kell, és (3) megfelelő hivatkozásokat kell tartalmaznia, különösen akkor, ha az igényei ellentétesek a korábbi tartalommal. (Nem mondván, hogy ‘ tévedsz, én ‘ azt mondom, hogy többre van szükséged, mint egy mondandóm.) összekapcsolási korlátozás – ez a rendszer védelme a spam ellen. Ha megjelöli hivatkozásait a bejegyzésben, és a hivatkozásokat a megjegyzésekbe foglalom, szerkeszthetem a linkekben, de valójában nincs szüksége ‘ URL-ekre, amikor a hagyományos naplóhivatkozások csak rendben.
- Olvassa el részletesen a másik választ – ez a bekezdés kifejezetten a TEM mikroszkópokról szól. Még nem kellett bemutatnia olyan bizonyítékokat, amelyek kifejezetten ellentmondanának Martin ‘ állításainak. Az írásról, különösen az ehhez hasonló általános érdeklődésű témákról, általános közönségnek kell írnia, amelyet az aktuális szöveg nem kezel; ez lehet a visszhangok egyik forrása. A jelenlegi szöveg töredezett, nehezen olvasható és általában kevésbé hozzáférhető, mint az előző válasz.
- Én sem szándékozom vitatni Önt – ez valószínűleg itt az utolsó megjegyzésem – és én ‘ határozottan nem az, akivel küzdenie kellene. Valószínűleg ott van egy remek válasz, amely ott lappang, amelyet ‘ megpróbáltam segíteni, hogy előhozza, de végül (véleményem szerint) ‘ s rajtad múlik, hogy javítsd-e a technikai írásodat olyan szintre, amikor ‘ nem idegeníted el az általános közönséget, hogy ‘ olvasod a post. Jó napot!
Martin fenti állítása:
Most “láthatunk” atomokat? Ez attól függ, ahogy már utaltam rá, mit értesz a “lát” alatt. Ha arra gondol, hogy “készítsen képet látható fényben”, akkor ezt nem teheti meg.
valójában nem egészen igaz. Egy olyan képeket készíthet látható fény segítségével, amelyek egyetlen atomot mutatnak. Íme egy példa:
Ennek oka az, hogy ez egy rendszer, amelyben az atomok nagyon hígak, sokkal többek, mint egy szokásos szilárd anyagban, és a 2D-lemez különálló helyeire korlátozódnak. Ezenkívül a kép elkészítéséhez 780 nm-es fényt használnak, amely ezekben az elektronikus átmenetekben rezonáns Az atomok nagyon homályosak (ennek a képnek valószínűleg egy másodperces expozíciós ideje volt egy kiváló minőségű CCD-érzékelővel), és nagyon szép mikroszkóp-beállításra van szükség a szükséges nagyítás eléréséhez, de ez valójában az atomok képe, ugyanazokat az elveket alkalmazva, mint a sejt bármelyik képe n optikai mikroszkóp.
szerkesztés: Hangsúlyoznom kell azonban, hogy szinte minden tudományos képhez hasonlóan ez egy hamis színű kép, önkényesen választott zöld árnyalattal. Tehát, hogy hűbb legyünk ahhoz, amit valóban látni akarunk, a színskálának ehelyett az atomokat megvilágító 780 nm-es fény vöröses színének kell lennie.
Megjegyzések
- Ez ‘ csaló, de ‘ jó kísérlet. Ugyanezen az alapon lehet fényt használni egy ioncsapdában lévő egyes ionok képalkotására, mint például az itt található képek ; itt az ionok közötti távolság 10 μm nagyságrendű (a korlátozó potenciál és kölcsönös taszításuk egyensúlyából adódik), ami körülbelül 20-szor nagyobb, mint a látható fény hullámhossza, és ~ 200 000-rel hosszabb, mint a tipikus interatomikus elválasztás kristályban.
- @EmilioPisanty Igen, ez egy jó pont, az ionokkal végzett munka megelőzte az egyes semleges atomok képalkotását. Arról, hogy ez ” csalás-e, ” ezt meghagyom az olvasónak ‘ s ítélete;) (de megjegyezném, hogy az OP semmiképpen sem határozta meg, hogy szilárdan kérdezne az atomokról).
Válasz
Ez egy Sc2O3 nanokristály képe, amelyet abberációval korrigált pásztázó transzmissziós elektronmikroszkópból nyertünk.
A bal oldali képet csak olyan elektronok mérésével rögzítjük, amelyek az anyagon áthaladva meghajlottak / elhajlottak (ebben az esetben nem nagyon látjuk az oxigénatomokat).
A kép a jobb az anyagon áthaladó összes elektront megméri. (Ebben az esetben elég világosan látunk oxigén- és szkandiumoszlopokat – amelyek ebben az esetben körülbelül 5 atomból álló oszlopok)
Ebben az esetben atomoszlopokat látunk, de tomográfiai STEM-ek léteznek és képesek reprodukálni az Az anyag egyes atomjainak 3D elhelyezkedése az anyagban
A STEM úgy működik, hogy elektronokat küld egy mintába, és rögzíti, hogy ezek az elektronok szétszóródnak, elnyelődnek vagy átjutnak, teljesen analóg módon a fénymikroszkópok működésével. fény.
Nem láthatjuk az atomokat, amelyek fényt használnak, mert az atomok sokkal kisebbek, mint a fény hullámhossza.
De az elektronok hullámhossza sokkal kisebb, így sokkal kisebb tulajdonságokat tudunk vizsgálni, mint a fény remélhetőleg megengedheti
Ennek a képnek a felbontása körülbelül 70 pikométer (0,07 nm), az atomok átmérője pedig nagyjából 0,1 nm … 10 ^ (- 10) méter. Több mint elegendő felbontás az atomok megtekintéséhez
Az előző választól eltérően valójában nagyon jól tudjuk képezni az atomokat a STEM-ek és a TEM-ek segítségével.
Továbbá a modern STEM-ek kémiailag képesek azonosítani az atomokat az alapján, az elektronnyaláb elhajlik a mintán.
Több elektron az atomokban => nagyobb a kitérés.
Tehát nem csak atomokat láthatunk, hanem tanulmányozhatjuk azok kémiai tulajdonságait és fizikai tulajdonságait is.
Az alábbiakban egy Nd3 +: Sc2O3 nanokristály képe látható. A világosabb pontok az Nd atomoknak felelnek meg (sokkal nagyobb elektronszámuk miatt)
David B. Williams és még 1 transzmissziós elektronmikroszkópia: tankönyv az anyagtudomány számára (4 kötet készlet)
Nagyon alapos és teljes forrás minden dolog elektronmikroszkóppal.
A JOEL ARM200F és Fourier térrel rögzített képek gatannal leszűrve és elemezve
Megjegyzések
- Kérjük, adjon meg forrást az összes képéhez és követeléséhez.
- Mint ahogy Ön is, maga is elvégezte a kísérletet? Ebben az esetben ‘ meg fogja érteni, hogy még mindig jó hivatkozást kell adnia a módszereket leíró papírra. Kérjük, használja a szerkesztés gombot a hivatkozások bejegyzéséhez, ahelyett, hogy csak a kommentekbe tenné őket.
- Nem az én visszavonásom, de (1) a másik válasz nem állít ilyen állítást, (2) a műszaki írásnak javulnia kell, és (3) megfelelő hivatkozásokat kell tartalmaznia, különösen akkor, ha az igényei ellentétesek a korábbi tartalommal. (Nem mondván, hogy ‘ tévedsz, én ‘ azt mondom, hogy többre van szükséged, mint egy mondandóm.) összekapcsolási korlátozás – ez a rendszer védelme a spam ellen. Ha megjelöli hivatkozásait a bejegyzésben, és a hivatkozásokat a megjegyzésekbe foglalom, szerkeszthetem a linkekben, de valójában nincs szüksége ‘ URL-ekre, amikor a hagyományos naplóhivatkozások csak rendben.
- Olvassa el részletesen a másik választ – ez a bekezdés kifejezetten a TEM mikroszkópokról szól. Még nem kellett bemutatnia olyan bizonyítékokat, amelyek kifejezetten ellentmondanának Martin ‘ állításainak. Az írásról, különösen az ehhez hasonló általános érdeklődésű témákról, általános közönségnek kell írnia, amelyet az aktuális szöveg nem kezel; ez lehet a visszhangok egyik forrása. A jelenlegi szöveg töredezett, nehezen olvasható és általában kevésbé hozzáférhető, mint az előző válasz.
- Én sem szándékozom vitatni Önt – ez valószínűleg itt az utolsó megjegyzésem – és én ‘ határozottan nem az, akivel küzdenie kellene. Valószínűleg ott van egy remek válasz, amely ott lappang, amelyet ‘ megpróbáltam segíteni, hogy előhozza, de végül (véleményem szerint) ‘ s rajtad múlik, hogy javítsd-e a technikai írásodat olyan szintre, amikor ‘ nem idegeníted el az általános közönséget, hogy ‘ olvasod a post. Jó napot!