Со школьного возраста мы знаем, что все тела состоят из атомов. Но нам не показывали никаких фотографий, мы не видели их в микроскоп, а просто этому поверили. А правда, можно ли увидеть атомы по отдельности и убедиться в их существовании?
Можно. Давайте разбираться.
Минимальный размер объекта, который может увидеть человеческий глаз, составляет 0,05 мм. Но атомы намного меньше. Например, 0,0000002 мм. Если увеличить атом до размера клубники, то клубника, увеличенная на такую же величину, будет размером с нашу планету. Поэтому увидеть атомы можно разве что в микроскоп. Но не все микроскопы подойдут для «подглядывания» за атомами.
Почему?
Самый простой из микроскопов – это оптический.
Чтобы увидеть в микроскоп какой-то объект, его нужно осветить. И в этом типе микроскопов используются обычное освещение, которое воспринимает человеческий глаз. Это волны света видимого диапазона длиной 400 – 700 нм (0,0004 – 0,0007 мм). Как мы видим, размеры этих волн в тысячи раз больше размеров самих атомов, поэтому при освещении волны эти атомы огибают или отражаются, не передавая структуры поверхности. Поэтому рассматривать атомы в оптический микроскоп почти то же самое, что ловить экскаватором мошку.
В оптический микроскоп невозможно увидеть предметы меньше дифракционного предела. Для оптического микроскопа он составляет примерно половину длины видимой волны – 200нм. Для того, чтобы преодолеть это ограничение, необходимо освещать объекты чем-то другим.
Для этого существуют электронные микроскопы.
В нем образец освещается потоком электронов. Электроны, как и другие элементарные частицы, могут проявлять волновые свойства. То есть поток электронов можно рассматривать как волну. И если поток электронов разогнать до очень большой скорости, то его длина волны будет в тысячу раз меньше, чем у видимого света (0,0000001 мм).
Получается, что дифракционный предел электронного микроскопа может быть меньше размеров атомов, что позволяет их увидеть по отдельности. Действительно, электронный микроскоп может давать изображения отдельных молекул, атомов, что является неопровержимым доказательством их существования.
Еще более интересным является сканирующий зондовый микроскоп.
В него тоже можно увидеть отдельные атомы. Микроскоп представляет из себя очень маленькую иглу (примерно 0,01 мм в диаметре), которая движется вдоль поверхности изучаемого предмета. Кончик иглы очень острый. Диаметр его всего лишь несколько атомов.
Игла взаимодействует практически с отдельными атомами вещества, это считывается сенсорами и компьютерными методами восстанавливается рельеф поверхности. Получается, микроскоп не смотрит, а ощупывает поверхность с огромной точностью. С помощью таких микроскопов можно увидеть не только отдельные атомы, но и даже форму электронных облаков. Настолько они чувствительны.
Друг, не уходи без комментария и лайка. Это залог новых материалов на канале.