1克铜就有95万亿亿个铜原子，这么小的微粒是怎么被观察到的？

发布网友发布时间：2022-04-23 01:27

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热心网友时间：2023-10-10 02:27

目前人类用于观察原子的设备主要有电子显微镜和扫描隧道显微镜，电子显微镜能把观察目标放大到两百万倍以上，分辨率更是达到了零点二纳米的水平，能够有效的观察到铜原子，除了电子显微镜，另外一个观察设备就是扫描隧道显微镜，简称STM，这种显微镜能够观察到单个的铜原子，它的工作原理其实也很简单，该设备在工作的时候将一根探针近距离靠近铜原子，这时候会产生一个【量子隧穿效应】，从而产生微小的电流，在这种情况下探针在扫描铜原子不同部位时，流过探针的微弱电流就会出现波动变化，将这种波动变化的电流图像化处理之后，就获得了铜原子的清晰图像。

铜的化学元素符号是CU，它本身是一种金属元素，但是也是不稳定的一种金属，在自然界中常以化合物状态存在，我们日常生活中见到的铜，通常是青铜和黄铜等铜合金，恩斯特·鲁斯卡在一九三三年发明并制造出了世界上第一台电子显微镜EM，这台电子显微镜的工作原理是向观察目标发射高能电子束，然后发射的这个电子束和观察目标发生作用，然后将反射回来的电子束进行图像处理，就能看见被观察的目标了，这个原理其实和雷达有些相似。

自然界中任何物体都是由原子组成，原子的构造主要有电子和原子核电子围绕着原子核运动，电子又分为正电子和负电子，最常见的现象，摩擦产生的静电，就是由于摩擦导致物体中的电子被释放了出来的缘故，而铜原子的电子层排列为【K-L-M-N】共有四层，第一层2个电子，第二层8个电子，第三层18个电子，第四层1个电子，简写为【2-8-18-1】，铜原子的半径186pm。

有很多小伙伴可能不知道，pm是个什么单位，其实这是个长度单位，称呼为【皮米】，也有称呼为【微微米】，1皮米相当于1米的一万亿分之一(10的负12次方米)，英文名【picometer】。

观察设备简介

一、电子显微镜

电子显微镜，由1933年，柏林工业大学压力实验室，恩斯特·鲁斯卡（Ernst Ruska）发明制造，工作原理是向观察目标发射高能电子束，然后收集反射回来的电子束信号，从而获得观察物图像，它能够放大目标200万倍以上，分辨率为0.2纳米，使用电子显微镜能有效观察到铜原子的形态，也是目前主要的一种观察设备。

二、扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜是由IBM苏黎世研究实验室的科学家，格尔德·宾宁（Gerd Binnig）和海因里希·罗雷尔（Heinrich Rohrer）在1981年发明制造，工作原理是通过扫描探针向观察目标发送电信号，然后通过电信号反射回来的波动信号，进行图像处理，从而达到观察目标的目的。

1克铜就有95万亿亿个铜原子，这么小的微粒是通过使用观察设备【电子显微镜】和【扫描隧道显微镜】进行观察到的。

热心网友时间：2023-10-10 02:27

通常来讲，我们只需要利用光学显微镜将某个微小的物体放大到足够的倍数，就可以直接看到该物体了，但对于原子这种尺寸的微粒来讲，这是行不通的。

光学显微镜是利用可见光进行观察的，而可见光的波长大约介于390至780纳米之间（注：1纳米=10^-9米），相对而言，原子的直径数量级则为10^-10米，由于可见光的波长远远大于原子的直径，因此当可见光遇到原子时，就会发生明显的衍射，在我们看来就是一片模糊，根本无法清晰成像。

实际上，即使是紫外线和X射线，也无法满足观察原子的精度，而波长更短的伽马射线，则会因为能量太高而极易破坏原子，并且还极易发生散射，导致无法聚焦，所以也不适合用来观察原子，那怎么办呢？科学家选择了电子。

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由于电子同时具备了“波”和“粒子”的双重性质（即波粒二象性），其波长很短（数量级可达10^-12米），因此电子就成了观察原子的良好选择。

早在1933年，柏林工业大学压力实验室的恩斯特·鲁斯卡（Ernst Ruska）就成功制造出了世界上第一台电子显微镜（Electron Microscope，简称EM），简单来讲，这种显微镜的工作原理就是，向观察目标发射高能电子束，然后观测电子束与观察目标发生相互作用时产生的各种效应，并将其转化为人眼能够识别的图像。

热心网友时间：2023-10-10 02:28

科学家选择了电子显微镜。
由于电子同时具备了“波”和“粒子”的双重性质（即波粒二象性），其波长很短（数量级可达10^-12米），因此电子就成了观察原子的良好选择。早在1933年，柏林工业大学压力实验室的恩斯特·鲁斯卡就成功制造出了世界上第一台电子显微镜，简单来讲，这种显微镜的工作原理就是，向观察目标发射高能电子束，然后观测电子束与观察目标发生相互作用时产生的各种效应，并将其转化为人眼能够识别的图像。
在经过多年发展之后，电子显微镜已经可以将观察目标放大200万倍以上，其分辨率也能够达到0.2纳米，以这样的水平，观察成片的原子是没有什么问题了，不过科学家还想更进一步，去仔细观察单个的原子，于是就有了后来的扫描隧道显微镜。扫描隧道显微镜由IBM苏黎世研究实验室的格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔于1981年研制成功（顺便讲一下，在1986年的时候，他们与前文提到的恩斯特·鲁斯卡一起获得了诺贝尔物理学奖）。
这种显微镜会用到一根非常细的探针（针头只有一个原子那么大，可通过“电化学腐蚀法”或“机械成型法”来制备），在进行观测工作时，探针和观察目标之间会加上合适的电压，当探针距离目标足够近时，就会因为“量子隧穿效应”而产生隧道电流，在这种情况下，当探针扫描单个原子的不同部位时，流过探针的隧道电流就会出现细微的涨落，将这种涨落进行图像化处理之后，就获得了原子的形状。扫描隧道显微镜的分辨率可达0.01纳米，观察像铜原子这么小的微粒可以说完全没有问题，但它却有一个缺

热心网友时间：2023-10-10 02:29

因为现在人类比较注重微观物理学的研究，所以说可以借助高倍的显微镜来对这个原子进行观察。在进行测算等等是能够得到的。

热心网友时间：2023-10-10 02:29