ÉCHELLE MICROSCOPIQUE: PROPRIÉTÉS, COMPTAGE DES PARTICULES, EXEMPLES - PHYSIQUE - 2025

L' échelle microscopique est celle qui est utilisée pour mesurer des tailles et des longueurs qui ne peuvent pas être vues à l'œil nu et qui sont inférieures à un millimètre de longueur. Du plus haut au plus bas, les échelles microscopiques du système métrique sont:

- Le millimètre (1 mm), qui est un dixième de centimètre ou un millième de mètre. Dans cette échelle, nous avons l'une des plus grandes cellules du corps, qui est l'ovule, dont la taille est de 1,5 mm.

Figure 1. Les globules rouges sont des cellules à l'échelle microscopique. Source: pixabay

- Le dixième de millimètre (0,1 mm). C'est l'échelle de l'épaisseur ou du diamètre d'un cheveu humain.

- Le micromètre ou micron (1 μm = 0,001 mm). A cette échelle se trouvent des cellules végétales et animales et des bactéries.

Les cellules végétales sont de l'ordre de 100 μm. Les cellules animales sont dix fois plus petites, elles sont de l'ordre de 10 μm; tandis que les bactéries sont 10 fois plus petites que les cellules animales et sont de l'ordre de 1 μm.

Échelle nanométrique

Il existe des mesures encore plus petites que l'échelle microscopique, mais elles ne sont pas couramment utilisées, sauf dans certains contextes particuliers. Nous allons voir ici quelques-unes des mesures nanométriques les plus importantes:

- Le nanomètre (1 ηm = 0,001 μm = 0,000001 mm) est un millionième de millimètre. A cette échelle se trouvent certains virus et molécules. Les virus sont de l'ordre de 10 m et les molécules de l'ordre de 1 m.

- L'angström (1Å = 0,1ηm = 0,0001μm = 10 ^-7 mm). Cette mesure forme l'échelle ou la taille atomique.

- La phantomometer (1FM = 0.00001Å = 0.000001ηm = 10 ^-12 mm). C'est l'échelle des noyaux atomiques, qui sont entre 10 000 et 100 000 fois plus petits que l'atome. Cependant, malgré sa petite taille, le noyau concentre 99,99% de la masse atomique.

- Il existe des échelles plus petites que le noyau atomique, car celles-ci sont constituées de particules telles que des protons et des neutrons. Mais il y a plus: ces particules sont à leur tour constituées de particules plus fondamentales comme les quarks.

Instruments d'observation microscopique

Lorsque les objets se situent entre les échelles millimétrique et micrométrique (1 mm - 0,001 mm), ils peuvent être observés avec un microscope optique.

Cependant, si les objets ou les structures sont entre nanomètres et angströms, alors des microscopes électroniques ou le nanoscope seront nécessaires.

En microscopie électronique, au lieu de la lumière, on utilise des électrons de haute énergie qui ont une longueur d'onde beaucoup plus courte que la lumière. L'inconvénient du microscope électronique est qu'il n'est pas possible d'y placer des échantillons vivants car il fonctionne sous vide.

Au lieu de cela, le nanoscope utilise la lumière laser et présente l'avantage par rapport à la microscopie électronique que les structures et les molécules d'une cellule vivante peuvent être visualisées et gravées.

La nanotechnologie est la technologie avec laquelle les circuits, les structures, les pièces et même les moteurs sont fabriqués à des échelles allant du nanomètre à l'échelle atomique.

Propriétés microscopiques

En physique, en première approximation, le comportement de la matière et des systèmes est étudié du point de vue macroscopique. De ce paradigme, la matière est un continuum infiniment divisible; et ce point de vue est valable et approprié pour de nombreuses situations de la vie quotidienne.

Cependant, certains phénomènes dans le monde macroscopique ne peuvent s'expliquer que si les propriétés microscopiques de la matière sont prises en compte.

Au point de vue microscopique, la structure moléculaire et atomique de la matière est prise en compte. Contrairement à l'approche macroscopique, il existe à cette échelle une structure granulaire avec des lacunes et des espaces entre les molécules, les atomes et même en leur sein.

L'autre caractéristique du point de vue microscopique en physique est qu'un morceau de matière, aussi petit soit-il, est composé d'un nombre énorme de particules séparées les unes des autres et en mouvement continu.

-La matière est un immense vide

Dans un petit morceau de matière, la distance entre les atomes est énorme par rapport à leur taille, mais à leur tour, les atomes sont énormes par rapport à leurs propres noyaux, où 99,99% de la masse est concentrée.

Autrement dit, un morceau de matière à l'échelle microscopique est un énorme vide avec des concentrations d'atomes et de noyaux qui occupent une très petite fraction du volume total. En ce sens, l'échelle microscopique est similaire à l'échelle astronomique.

Des objets macroscopiques à la découverte de l'atome

Les premiers chimistes, qui étaient les alchimistes, se sont rendu compte que les matériaux pouvaient être de deux types: purs ou composés. C'est ainsi que l'idée d'éléments chimiques est arrivée.

Les premiers éléments chimiques découverts étaient les sept métaux de l'Antiquité: l'argent, l'or, le fer, le plomb, l'étain, le cuivre et le mercure. Au fil du temps, d'autres ont été découverts à mesure que des substances ne pouvaient pas être décomposées en d'autres.

Ensuite, les éléments ont été classés en fonction de leurs propriétés et caractéristiques en métaux et non-métaux. Tous ceux qui avaient des propriétés et une affinité chimique similaires ont été regroupés dans la même colonne, et ainsi le tableau périodique des éléments a surgi.

Figure 2. Tableau périodique des éléments. Source: wikimedia commons.

À partir des éléments, l'idée des atomes a été modifiée, un mot qui signifie indivisible. Peu de temps après, les scientifiques ont réalisé que les atomes avaient une structure. De plus, les atomes avaient deux types de charge électrique (positive et négative).

Particules subatomiques

Dans les expériences de Rutherford dans lesquelles il a bombardé les atomes d'une fine plaque d'or avec des particules alpha, la structure de l'atome a été révélée: un petit noyau positif entouré d'électrons.

Les atomes ont été bombardés avec de plus en plus de particules d'énergie et sont toujours en cours, afin de percer les secrets et les propriétés du monde microscopique à une échelle de plus en plus petite.

De cette manière, le modèle standard a été atteint, dans lequel il est établi que les vraies particules élémentaires sont celles dont les atomes sont composés. À leur tour, les atomes donnent naissance à des éléments, ceux-ci à des composés et à toutes les interactions connues (sauf la gravitation). Au total, il y a 12 particules.

Ces particules fondamentales ont également leur tableau périodique. Il existe deux groupes: les particules fermioniques ½ spin et les particules bosoniques. Les bosons sont responsables des interactions. Les fermioniques sont au nombre de 12 et sont ceux qui donnent naissance à des protons, des neutrons et des atomes.

Figure 3. Particules fondamentales. Source: wikimedia commons.

Comment compter les particules à l'échelle microscopique?

Au fil du temps, les chimistes ont découvert les masses relatives des éléments à partir de mesures précises dans des réactions chimiques. Ainsi, par exemple, il a été déterminé que le carbone est 12 fois plus lourd que l'hydrogène.

L'hydrogène a également été déterminé comme étant l'élément le plus léger, de sorte que la masse relative 1 a été attribuée à cet élément.

D'autre part, les chimistes devaient connaître le nombre de particules impliquées dans une réaction, de sorte qu'aucun réactif ne soit terminé ou manquant. Par exemple, une molécule d'eau nécessite deux atomes d'hydrogène et un oxygène.

De ces antécédents est né le concept de taupe. Une mole de toute substance est un nombre fixe de particules équivalent à sa masse moléculaire ou atomique en grammes. Ainsi, il a été déterminé que 12 grammes de carbone ont le même nombre de particules qu'un gramme d'hydrogène. Ce nombre est connu comme le nombre d'Avogadro: 6,02 x 10 ^ 23 particules.

-Exemple 1

Calculez le nombre d'atomes d'or dans 1 gramme d'or.

Solution

L'or est connu pour avoir un poids atomique de 197. Ces données se trouvent sur le tableau périodique et indiquent qu'un atome d'or est 197 fois plus lourd que l'hydrogène et 197/12 = 16 416 fois plus lourd que le carbone.

Une mole d'or a 6,02 × 10 ^ 23 atomes et a le poids atomique en grammes, soit 197 grammes.

Dans un gramme d'or, il y a 1/197 mole d'or, soit 6,02 × 10 ^ 23 atomes / 197 = 3,06 x 10 ^ 23 atomes d'or.

-Exemple 2

Déterminez le nombre de molécules de carbonate de calcium (CaCO ₃) dans 150 grammes de cette substance. Dites également combien d'atomes de calcium, combien de carbone et combien d'oxygène sont dans ce composé.

Solution

La première chose à faire est de déterminer la masse moléculaire du carbonate de calcium. Le tableau périodique indique que le calcium a un poids moléculaire de 40 g / mol, le carbone 12 g / mol et l'oxygène 16 g / mol.

Alors la masse moléculaire de (CaCO ₃) sera:

40 g / mol + 12 g / mol + 3 x 16 g / mol = 100 g / mol

Tous les 100 grammes de carbonate de calcium représentent 1 mole. Donc, en 150 grammes, ils correspondent à 1,5 mole.

Chaque mole de carbonate contient 6,02 x 10 ^ 23 molécules de carbonate, donc dans 1,5 mole de carbonate il y a 9,03 x 10 ^ 23 molécules.

En bref, dans 150 grammes de carbonate de calcium, il y a:

- 9,03 x 10 ^ 23 molécules de carbonate de calcium.

- Atomes de calcium: 9,03 x 10 ^ 23.

- Aussi 9,03 x 10 ^ 23 atomes de carbone

- Enfin, 3 x 9,03 x 10 ^ 23 atomes d'oxygène = 27,09 x 10 ^ 23 atomes d'oxygène.

Références

1. Biologie appliquée. Quelles sont les mesures microscopiques? Récupéré de: youtube.com
2. Éducation chimique. Représentations macroscopiques, submicroscopiques et symboliques de la matière. Récupéré de: scielo.org.mx.
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