Perché Nessuno Sarà Mai In Grado Di Esaminare Un Atomo Attraverso Un Microscopio - Visualizzazione Alternativa

Perché Nessuno Sarà Mai In Grado Di Esaminare Un Atomo Attraverso Un Microscopio - Visualizzazione Alternativa
Perché Nessuno Sarà Mai In Grado Di Esaminare Un Atomo Attraverso Un Microscopio - Visualizzazione Alternativa

Video: Perché Nessuno Sarà Mai In Grado Di Esaminare Un Atomo Attraverso Un Microscopio - Visualizzazione Alternativa

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Video: Corrado Spinella a Memex - Vedere gli atomi e la materia (20.04.2016) 2024, Novembre
Anonim

Sappiamo molto bene che tutte le sostanze sono composte da atomi: questa è la quantità più piccola possibile di qualsiasi elemento chimico. La parola "atomo" deriva dalla parola greca "ἄτομος", che letteralmente si traduce dal greco antico come "indivisibile" - qualcosa che non può più essere diviso. Successivamente, tuttavia, si è scoperto che gli atomi non sono affatto indivisibili, ma sono costituiti da un nucleo ed elettroni che ruotano attorno ad esso. Ma si è scoperto che questo non è il limite….

Presto furono scoperte altre particelle costituenti elementari come i quark, fu messa in dubbio anche l'integrità degli elettroni, che presumibilmente potevano essere suddivisi in oloni, spinoni e orbitoni.

I "primi mattoni" di materia sono così piccoli che le conclusioni sulla loro esistenza sono state tratte indirettamente - attraverso vari esperimenti e calcoli matematici, ma sarebbe molto bello se potessimo vederli con i nostri occhi, come vediamo i microrganismi in una goccia d'acqua al microscopio. Tuttavia, perché no? Sembrerebbe che tu abbia solo bisogno di prendere un microscopio più potente e puoi esaminare qualsiasi cosa. Purtroppo, non importa quanto sia potente un microscopio ottico, non puoi ottenere con esso un'immagine non solo di un atomo, ma anche di una molecola.

Per vedere un oggetto, deve essere illuminato con un fascio di luce e la luce deve essere riflessa dalle sue varie parti e colpire la retina. Tuttavia, è impossibile illuminare un certo atomo a causa del modo stesso di interazione dei fotoni con un atomo. La maggior parte dei fotoni volerà semplicemente attraverso l'atomo e se qualche fotone viene riflesso nell'oculare del microscopio, questo ovviamente non sarà sufficiente. E in generale, la luce visibile utilizzata nei microscopi ottici ha una lunghezza d'onda dell'ordine di 400-700 nanometri, mentre la dimensione di un atomo è di circa 0,1 nanometri, quindi è semplicemente inutile illuminare l'atomo con essa.

Ma cosa succede se, al posto della luce visibile, usi qualcos'altro, ad esempio la radiazione gamma o un fascio di elettroni diretti, che in determinate condizioni può comportarsi come un'onda di lunghezza paragonabile alla dimensione delle particelle elementari? Cioè, un atomo può essere visto attraverso un microscopio elettronico?

Sì e no. Sì, perché le fotografie degli atomi esistono davvero, no - perché l'immagine risultante non riflette tanto il vero aspetto dell'atomo quanto crea una visualizzazione accessibile. Tuttavia, le fotografie di atomi scattate anche dai microscopi elettronici più potenti e precisi non rivelano la loro struttura.

La foto mostra gli atomi di zolfo e il punto in cui manca un atomo. (c) David A. Muller et al. Natura, 2018
La foto mostra gli atomi di zolfo e il punto in cui manca un atomo. (c) David A. Muller et al. Natura, 2018

La foto mostra gli atomi di zolfo e il punto in cui manca un atomo. (c) David A. Muller et al. Natura, 2018.

Primo, la maggior parte dell'atomo è spazio vuoto. Le distanze tra il nucleo e gli elettroni su una scala sono così enormi che se ingrandisci il nucleo fino alle dimensioni di una mela, gli elettroni ruoteranno attorno ad esso in un'orbita con un raggio di circa un chilometro. Ciò significa che le particelle che compongono un atomo semplicemente non si adatterebbero al campo visivo.

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In secondo luogo, il principio di indeterminazione di Heisenberg ci impedisce di considerare i dettagli. La posizione dell'elettrone nell'atomo è determinata come probabile, in un certo momento può essere in uno o in un altro posto. Pertanto, nelle fotografie ottenute, gli atomi sono visti come palle-nuvole sfocate formate dall'orbita in rapida evoluzione degli elettroni.

E infine, un divertente video di IBM "The Boy and His Atom". Gli ingegneri dell'IBM hanno utilizzato un microscopio a scansione a tunnel per spostare le molecole di monossido di carbonio (due atomi impilati uno sopra l'altro). Grazie a questo, è stato possibile girare un video con oggetti così piccoli da poter essere visti solo con un ingrandimento di 100 milioni di volte.

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