Nyuma ya karatasi ya grafu inajitokeza kimia: atomi hutetemeka kila moja kwa mdundo wake, na kati ya ndege mbili jirani umeandikwa umbali kati ya ndege. Kushoto mrija wa eksirei unapepesa, na kutoka hapo cheche ya dhahabu inakimbia kuelekea sampuli, inatoka upande wa pili kama mwali ulioakisiwa na kuwasha mmweko kwenye kigunduzi. Katikati fuwele iliyochongwa inazunguka polepole, na kupitia nyuso zake angavu herufi yenyewe inaonekana. Kwenye kingo mng'ao huchomoza mara kwa mara, na kwenye rula ya chini alama ya zambarau inabingirika hadi mstari wa angstromu moja, ambapo mstari usiotikisika unaipokea.
Kizio nje ya SI · fuwelelojia · urefu
Angstromu, Å
Kipimo cha kimo cha atomi zenyewe
Kizio cha urefu · 1 Å = 10⁻¹⁰ m = 0.1 nm = 100 pm
Kipimo chochote ni rahisi kinapochukuliwa kimoja kimoja, si kwa maelfu: fundi cherehani hupima kwa sentimita, si kwa sehemu za kilomita. Kwa maada, angstromu ndiyo iliyokuwa kipimo cha namna hiyo: umbali kati ya atomi jirani katika fuwele uko kati ya angstromu mbili na nne, kifungo kimoja cha kaboni—kaboni ni moja na nusu, kipenyo cha hesi mbili ni ishirini. Mwanakemia anayetaja urefu wa kifungo hutamka namba ya tarakimu moja, na hapo ndipo ilipo sababu yote ya kizio hiki kustahimili baada ya kuondolewa katika orodha ya vinavyopendekezwa.
Ulinganifu hapa si wa bahati, bali ni wa mara mbili: kwa angstromu ni rahisi kupima si maada tu, bali pia nuru inayotumiwa kuipenya. Mrija wa eksirei wenye anodi ya shaba hutoa mstari wenye urefu wa angstromu moja na nusu, yaani wa mpangilio uleule na umbali kati ya ndege za atomi, na kutokana na ulinganifu huu ilizaliwa fuwelelojia yote ya muundo. Wimbi linalolingana na kimia huakisiwa nacho kwa kuchagua — kwa pembe zilizoamuliwa kwa ukali tu — na kutokana na pembe hizo hujengwa upya jinsi atomi zilivyokaa ndani ya kitu kisichopenyeka na nuru.
Kirasmi kizio hiki hakipendekezwi tangu zamani: Mfumo wa Kimataifa unatoa nanomita na pikomita badala yake, na katika viwango vipya angstromu imeandikwa kuwa kizio cha kuondolewa. Lakini kwa vitendo benki ya miundo ya protini huhifadhi viwianishi vya atomi kwa angstromu, ubainifu wa picha hutajwa kwa hizo, na sentensi «muundo wa moja nukta nane» haihitaji maelezo katika maabara yoyote duniani. Kizio hiki kinasimama si kwa nguvu ya sheria, bali kwa sababu kipimo chake kinafaa sawasawa.
Alama ni herufi kubwa ya Kilatini A yenye kiduara juu yake, na kiduara hicho si alama ya mkazo, bali ni sehemu ya herufi ya Kiswidi Å; kwa hivyo hakiwezi kubadilishwa kwa alama ya digrii wala kuandikwa A peke yake. Katika maandishi ya mashine yasiyo na herufi hii, A ya Kilatini huunganishwa na kiduara cha kuambatanisha, au neno Angstrom huandikwa kamili; vifupisho «ang.» na «A» havikubaliwi popote.
Angstromu si sehemu ya Mfumo wa Kimataifa na haipokei viambishi: hakuna miliangstromu wala kiloangstromu, na kwa urefu mfupi zaidi huchukuliwa pikomita. Pia isichanganywe na kizio X, kilichotumiwa na wanafuwelelojia wa eksirei hadi katikati ya karne iliyopita: ni kidogo kuliko angstromu kwa takriban sehemu mbili za elfu, na umbali wa zamani kati ya ndege uliochukuliwa kutoka majedwali ya kabla ya vita bila kubadilishwa bado mara nyingine hutofautiana katika tarakimu ya tatu.
01 · Ufafanuzi
sehemu ya kumi ya nanomita · sharti la Bragg · uakisi kulingana na pembeAngstromu ni sehemu moja ya bilioni kumi ya mita, na fasili ni rahisi mno kiasi kwamba hakuna la kujadili: kizio kimetolewa kwa kipeo cha kumi, si kwa kielelezo wala kisawe cha asili. Kila chenye maana huanza pale kinapotumika, na kinatumika kwa sababu ulimwengu wa atomi umegawanywa hasa kwa kipimo hiki.
Fuwele imejengwa kama rundo la ndege za atomi zinazofanana, zilizoachana kwa angstromu chache. Mwali wa eksirei unapoangukia rundo kama hilo, kila ndege huurudisha kama mwangwi hafifu, na mwangwi hii hujumlishwa: karibu katika kila pembe hufutana, lakini katika pembe fulani maalumu tofauti ya njia kati ya uakisi jirani huwa kigawe kamili cha urefu wa wimbi, na hapo mwangwi hujumlishwa kwa nguvu zote. Sharti la ulinganifu huu huitwa sheria ya Bragg.
Kutokana na hili hupatikana kile ambacho kila kitu kilianzishwa kwa ajili yake: kwa kupima pembe ambazo uakisi huwaka na kujua urefu wa wimbi, umbali kati ya ndege unaweza kukokotolewa, na kutokana na kundi la umbali kama huo mpangilio wa atomi unaweza kujengwa upya. Mwali hapa haufanyi kazi kama taa, bali kama rula yenye vipimo, na unafaa hasa kwa sababu urefu wake wa wimbi unalingana na hatua ya kimia: nuru inayoonekana, ambayo wimbi lake ni refu mara maelfu, haitoi uakisi wowote kutoka ndege za atomi.
Ulinganifu huu una upande wake mwingine pia. Undani ambao muundo unaweza kutofautishwa nao unawekewa kikomo na urefu wa wimbi: kadiri ulivyo mfupi, ndivyo uakisi mwingi zaidi unavyoingia katika pembe zinazopimika na ramani inavyokuwa laini zaidi. Kwa hivyo, katika mazungumzo kuhusu miundo ya protini, namba kwa angstromu haitaji umbali, bali ubainifu, na angstromu mbili huhesabiwa kuwa matokeo mazuri, ilhali kwa tatu na nusu atomi moja moja tayari huyeyuka katika soseji isiyokatika ya msongamano wa elektroni.
Fuwele huwaka wapi
Kushoto kuna sampuli, mwali nao unaiangukia kutoka kushoto, na mkono wenye kigunduzi unaizunguka kwa tao; pembe kati ya mwali na ndege huwekwa na kitelezi cha kwanza. Karibu kila mahali hakuna nuru iliyoakisiwa, kwa sababu mwangwi wa ndege jirani hufutana, lakini mara pembe inapolingana na mojawapo ya pembe za Bragg, nyuso huwaka, mwali huingia kwenye kigunduzi, na kulia kwenye difraktogramu kilele huchipuka. Kitelezi cha pili hubadilisha urefu wa wimbi wa chanzo, na picha nzima husogea: kwa mnururisho wa wimbi fupi zaidi ndege zilezile hujibu kwa pembe ndogo zaidi, kwa hivyo mrija wa molibdeni hubana difraktogramu kuelekea mwanzo wa skeli, na mrija wa kromiamu huinyoosha. Chagua fuwele ya protini badala ya chumvi — nawe utaona biolojia ya muundo inapambana na nini: huko ndege ziko mbali mno, uakisi katika masafa yanayopimika hufikia maelfu, na kila mmoja peke yake ni hafifu.
02 · Kubadilisha
vizio vya urefu · vyanzo vya mnururisho · ukubwa wa maadaUrefu mmoja katika mazungumzo matatu
Kichupo cha kwanza hubadilisha urefu uliowekwa kuwa vizio vingine, na njiani hueleza fotoni ya wimbi kama hilo ina nishati kiasi gani na ingeakisiwa kutoka ndege ya kawaida kwa pembe gani. Cha pili huorodhesha vyanzo vinavyotumiwa kupenya maada — kutoka mrija wa kromiamu hadi sinkrotroni na mwali wa elektroni. Cha tatu hukusanya ukubwa wa maada yenyewe: nusukipenyo za atomi, urefu wa vifungo, kingo za seli kitengo na hatua ya hesi.
Kanuni ya kukumbuka: angstromu ni sehemu ya kumi ya nanomita, mstari wa shaba ni angstromu moja na nusu, na nishati katika kiloelektronivolti hupatikana kwa kugawanya zaidi kidogo ya kumi na mbili kwa urefu wa wimbi.
Angstromu haipokei viambishi, na uandishi kama «mÅ» hauna maana; kwa urefu mfupi zaidi mtu huhamia pikomita, kwa mrefu zaidi nanomita. Kizio X cha majedwali ya zamani ya eksirei nacho hakiwezi kuhesabiwa kuwa angstromu: ni kidogo kwa takriban sehemu mbili za elfu, na umbali wa kabla ya vita kati ya ndege lazima ubadilishwe kabla ya kulinganishwa na thamani za leo.
| Kiasi | Thamani | Maelezo |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Vifaa vya kupima
goniomita · difraktomita ya unga · sinkrotroni · hadubini ya kuchanganua ya mtaroKwa nini tunaona kilicho laini kuliko nuru
Chombo kinachopima pembe na kujibu kwa urefu
Goniomita haiwezi kupima chochote isipokuwa pembe, na hapo ndipo ilipo nguvu yake: pembe hupimwa kimakanika hadi sehemu ya elfu moja ya digrii, na urefu hupatikana kutoka kwayo kwa kukokotoa kulingana na sheria ya Bragg. Sampuli huzungushwa kwa pembe fulani, kigunduzi hasa mara mbili yake, na mpangilio mzima huzunguka sampuli hadi kupitia uakisi wote. Angstromu ambazo chombo hutaja mwishoni hakijawahi hata mara moja kuzipima kwa rula.
Kundi la mistari badala ya jina
Fuwele ikisagwa kuwa unga, chembe hulala wakati mmoja katika kila mwelekeo unaowezekana, na kila ndege hujibu kwa pembe yake, bila kujali unga ulivyomiminwa. Hutokea safu ya vilele ambavyo mahali na urefu wake havirudiwi kama mistari ya kidole: kwa safu hii maada hutambuliwa katika faharasa bila kuivunja. Hivi ndivyo maumbo mbalimbali ya fuwele ya muundo uleule hutofautishwa — na kwa unga wa dawa hii ndiyo tofauti kati ya dawa inayofanya kazi na isiyo na faida.
Pete ya kilomita moja kwa ajili ya fuwele ya sehemu ya kumi ya milimita
Mrija hutoa mstari mmoja au miwili na mng'ao kiasi ambacho anodi huruhusu; sinkrotroni hutoa spektra endelevu yenye nguvu isiyoaminika, ambayo kichujio cha rangi moja hukata urefu wowote wa wimbi unaohitajika. Kwa fuwele za protini, ambapo uakisi ni hafifu na fuwele yenyewe huharibika polepole chini ya mwali, hili ndilo huamua: data hukusanywa kabla sampuli haijaharibika. Uwezo wa kurekebisha urefu wa wimbi ni muhimu pia kwa sababu nyingine: karibu na ukingo wa ufyonzaji wa atomi nzito mtawanyiko hubadilika, na tatizo la awamu hutatuliwa kwa tofauti hiyo.
Sindano inayohisi angstromu
Difraksheni huzungumzia wastani wa fuwele nzima, ilhali hadubini ya mtaro huonyesha uso atomi kwa atomi: ncha huletwa karibu mno hadi elektroni zinaanza kuvuja kupitia pengo, na mkondo huu unategemea umbali kwa ukali kiasi kwamba badiliko la sehemu ya kumi ya angstromu huubadilisha waziwazi. Sindano huongozwa juu ya uso huku mkondo ukibaki thabiti, na urefu wa ncha huchora miinuko na mabonde. Hapa angstromu kwa mara ya kwanza huacha kuwa kiasi kilichokokotolewa na kuwa kitu ambacho chombo hukihisi moja kwa moja.
05 · Kanuni za kuandika
herufi ya Kiswidi · bila viambishi · nafasi kabla ya alamaKiduara juu ya herufi si pambo
Alama ya kizio ni jina la ukoo la mwanafizikia wa Kiswidi lililoandikwa kwa herufi yake mwenyewe, kwa hivyo haiwezi kutendewa kama alama yoyote: kubadilisha kiduara kwa alama ya digrii au kukiondoa hufanya uandishi kuwa alama tofauti kabisa.
Makosa mawili ya kwanza hutokea mara nyingi zaidi wakati wa kuchapa: mwandishi haipati herufi ya Kiswidi na huweka A tupu, hivyo urefu unageuka kuwa nguvu ya mkondo wa umeme, au alama ya digrii, ambayo haina uhusiano wowote na herufi hiyo. La tatu hutokana na mazoea ya mfumo wa metriki, ambapo viambishi huruhusiwa kila mahali; lakini angstromu si sehemu ya mfumo huo, hivyo haipokei viambishi. La nne ni kanuni ya jumla ya uandishi: kati ya namba na alama huwekwa nafasi, ikiwezekana isiyovunjika. La tano si kosa, bali ni masalio: umbo la sentimita ni sahihi, lakini nyaraka za leo hutoa urefu kwa mita na sehemu zake. La sita ni ule mkanganyiko uleule wa kabla ya vita, ambao kwa sababu yake majedwali ya zamani ya umbali kati ya ndege hayawezi kulinganishwa moja kwa moja na mapya.
06 · Vipimo jirani
nanomita · pikomita · nusukipenyo cha BohrMajirani wa angstromu hushiriki naye sehemu ileile ya skeli, lakini asili yao ni tofauti: wawili ni sehemu za kawaida za mita, wa tatu amechukuliwa kutoka muundo wa atomi yenyewe.
Mrithi halali anayewekwa na Mfumo wa Kimataifa, na kwa ukubwa wa chembe na tabaka nyembamba amekwisha kuota mizizi. Lakini kwa urefu wa vifungo ni wa usumbufu: badala ya angstromu moja na nusu inabidi kuandika sifuri nukta mia moja hamsini na nne.
Kizio ambacho vitabu vya marejeo vya kemia huchapisha kwacho urefu wa vifungo na nusukipenyo za atomi: pikomita mia moja hamsini na nne badala ya angstromu moja na nusu. Tofauti ni mazoea tu, na maandishi yote mawili yanamaanisha kitu kimoja.
Kipimo pekee kati ya vitatu kilichochukuliwa si kutoka mita, bali kutoka asili: umbali wa elektroni kutoka kiini katika kielelezo rahisi kabisa cha atomi ya hidrojeni. Katika hesabu za kinadharia kila kitu hupimwa kwacho, na angstromu hujitokeza huko tu wakati wa kubadilisha kwa ajili ya msomaji.
Katika pasipoti za Simetrium, walio karibu ni mwaka wa nuru na parseki — vipimo kutoka upande wa pili wa skeli, lakini vimejengwa kwa kanuni ileile: kizio huchaguliwa ili kinachopimwa kielezwe kwa namba ya tarakimu moja.
07 · Sehemu ya kihistoria
kumbukumbu · 1868 → 1912 → 1913 → 1960Kutoka spektra ya Jua hadi ramani ya atomi
{title}
{text}
Mwanzoni kwa angstromu zilitajwa tu urefu wa mawimbi ya nuru, kisha kimia ikaanza kupimwa kwazo, halafu mizunguko ya molekuli za kibiolojia, na mwishowe undani ukafikia atomi moja. Hakuna mruko wowote kati ya hii uliotokea bila chombo kipya, na kila mmoja ulitegemea uliotangulia: ramani ya spektra ilihitajika ili kujua urefu wa wimbi wa mrija, na bila hiyo hapakuwa na kitu cha kupimia kimia.
Kizio kilichofutwa ambacho hutumika kila siku
Kimetrolojia angstromu haileti ugumu hata kidogo: kwa fasili ni sawa na kumi kipeo hasi kumi cha mita, na haina kielelezo, kutokuwa na uhakika, wala historia ya kusahihishwa. Mara moja tu ilifungwa si kwa mita bali kwa asili — mwanzoni mwa karne iliyopita, wakati mstari mwekundu wa kadimiamu ulipochukuliwa kama msingi na kupewa urefu —, lakini kifungo hicho hakikudumu na kiliondolewa mara tu mita yenyewe ilipopata fasili kupitia nuru.
Cha ajabu zaidi ni nafasi yake katika kanuni. Angstromu si sehemu ya Mfumo wa Kimataifa, haimo katika orodha ya vizio vinavyoruhusiwa, na katika viwango vya kitaifa huhesabiwa miongoni mwa vinavyopaswa kuondolewa — hata hivyo ni kwa angstromu hasa ambapo viwianishi vya atomi vimeandikwa katika miundo yote ya benki ya data ya dunia, ubainifu wa picha hutajwa kwa angstromu, na umbali kati ya ndege katika faharasa ya difraktogramu za unga huchapishwa kwazo. Hakuna wa kubadilisha kizio katika kumbukumbu hizi, wala sababu: kubadilisha mamilioni ya kumbukumbu hakungeongeza chochote kwenye maudhui yake.
Sababu ya ustahimilivu huu ni rahisi na haihusiani na mapokeo: kiasi hiki kinalingana sawasawa na ukubwa wa kile kinachopimwa nacho. Muda wote mada ikiwa ni atomi na umbali kati yao, hakuna kizio rahisi zaidi kinachoweza kubuniwa; na mada ikibadilika — kama ilivyobadilika kwa wataalamu wa optiki, waliohama kutoka angstromu kwenda nanomita sambamba na kuhama kutoka mistari ya spektra kwenda tabaka nyembamba — kizio kitaondoka chenyewe, bila amri yoyote.
Orodha ya vipimo
urefu na muundo wa maadaVipimo vya msingi vya SI
kilichoangaziwa ni mita — angstromu ni sehemu yake moja ya bilioni kumiNini ni angstromu ngapi
pembe imekokotolewa kwa mstari wa shaba, daraja la kwanza| Kilichopimwa | Kwa angstromu | Kwa pikomita | 2θ kwa Cu Kα | Maelezo |
|---|---|---|---|---|
| {name} | {a} | {pm} | {two} | {note} |
Safu ya pembe inaonyesha kwa nini mrija wa shaba umeenea kiasi hicho: kwa umbali wote wa kawaida wa fuwele uakisi huangukia katikati ya skeli ya chombo, ambapo ni rahisi kuutenganisha na kuupima. Kistari katika mistari ya mwisho kinamaanisha kwamba kwa urefu wa wimbi kama huo uakisi wa daraja la kwanza hauwezekani kabisa: umbali kati ya ndege ukiwa mdogo kuliko nusu ya urefu wa wimbi, tofauti ya njia haitafikia kamwe wimbi zima, kigunduzi kiwekwe kwa pembe yoyote ile.