Jak policzyć atomy?

Najlepiej na palcach. Ale trzeba mieć mały palec!

Dość precyzyjnie można "policzyć" atomy za pomocą promieniowania Röntgena: uginają się one na płaszczyznach kryształu, jak światło na rowkach płyty CD. Im gęściej ułożone są atomy, tym bardziej odległe są od siebie plamki na ekranie.

Są i inne sposoby na liczenie atomów (wyznaczenie liczby Avogadro, czyli Loschmidta. Na przykład, z szybkości opadania zawiesin w cieczy* (J.Perrin) lub z szybkości ich ruchów brow(ar)nianych** (A. Einstein).

Dziś możliwy jest też sposób "na palcach": prowadząc paluchem po powierzchni kryształu. Tylko że palec musi być odpowiednio mały i precyzyjny. Takim paluchem może być ostry czubek wolframowej igły - jak zahacza o atom (lub raczej się do niego zbliża), to się trochę igła ugina. Poproś na Politechnice, to Ci pokażą***.

Jak a-tomos u Demokryta.

* Rozkład cząsteczek zawiesiny o masie m w funkcji wysokości h jest określony przez wyrażenie e^-mgh/kT, gdzie stała Bolztmanna k=R/N_A
** czy raczej, "ruchów Browna"
***Mikroskopem sił atomowych (Atomic Force Microscope) produkcji Politechniki Łódzkiej dysponuje PG.

Pierwsze mikroskopy sił atomowych powstały w latach osiemdziesiątych. Podczas pomiaru mierzy się siłę działającą między atomami próbki a ostrzem mikroskopu. Delikatna złota folia jest zaopatrzona w diamentowe ostrze. Wychylenia folii w miarę skanowania są rejestrowane przez umieszczony za nią drugi mikroskop tunelowy. Możliwe jest zmierzenie wychyleń rzędu 10^-2 A i sił w zakresie 10^-6 - 10^-13 N. Dla porównania energia wiązania jonowego wynosi 10 eV, czemu przy odległości 0,16 A odpowiada siła 10^-7. Trudnością w budowie mikroskopu sił atomowych jest powierzchniowa zdolność rozdzielcza, która zbliża się do kilkudziesięciu A w zależności od kształtu i promienia ostrza mikroskopu.