135 416 546 846 516 52 это наше число
Отличный вопрос! Чтобы определить размер сферы, состоящей из 2000 молекул по 20 атомов каждая, нам нужно сделать несколько допущений и шагов.
Ключевые допущения:
Атомы считаются сферами. Это стандартное приближение в молекулярной физике.
Мы будем использовать "эффективный" диаметр атома. Поскольку в молекулах атомы разных элементов могут быть разного размера, мы возьмем среднее значение для оценки. Чаще всего используют атом углерода или усредненный диаметр.
Молекулы упакованы плотно. В реальности между молекулами есть пространство, но для оценки верхней границы размера будем считать, что они упакованы как плотные сферы (коэффициент упаковки ~0.74 для гексагональной или кубической гранецентрированной решетки).
Мы пренебрегаем пространством внутри молекул. То есть считаем, что вся структура состоит просто из атомов, тесно прижатых друг к другу.
Шаги расчета:
1. Определим общее количество атомов:
2000 молекул * 20 атомов/молекула = 40 000 атомов
2. Оценим объем, который занимают эти атомы.
Для этого нужно знать объем одного атома.
Диаметр атома: Атомы сильно различаются по размеру, но хорошее приближение для оценки — использовать диаметр углерода (C) или кислорода (O), который составляет примерно 1.5 ; 10;;; м (или 1.5 ; (ангстрем)).
Радиус атома (r): r = d/2 = 0.75 ; 10;;; м
Объем одного атома (V_atom): V = (4/3) * ; * r;
Сначала посчитаем r;: (0.75e-10); = 4.21875e-31 м;
Тогда V_atom = (4/3) * 3.1416 * 4.21875e-31 ; 1.767e-30 м;
Суммарный объем всех атомов (V_total_atoms):
V_total_atoms = 40 000 * 1.767e-30 м; ; 7.068e-26 м;
3. Учтем плотность упаковки.
Атомы не могут заполнять пространство на 100%, даже будучи твердыми шарами. Максимальная плотность упаковки сфер составляет примерно 0.74 (74%). Это значит, что реальный объем кластера будет больше.
Объем всей сферы (V_total):
V_total = V_total_atoms / 0.74
V_total ; 7.068e-26 м; / 0.74 ; 9.551e-26 м;
4. Найдем радиус этой большой сферы.
Объем сферы вычисляется по формуле: V = (4/3) * ; * R;, где R — искомый радиус.
Выразим R;:
R; = V_total / ( (4/3) * ; ) = (9.551e-26) / (4.18879) ; 2.280e-26 м; (поскольку (4/3)*; ; 4.18879)
Теперь извлечем кубический корень, чтобы найти R:
R = ;(2.280e-26)
Давайте посчитаем это поэтапно:
2.280e-26 = 2.280 * 10^(-26)
Кубический корень: ;(2.280 * 10^(-26)) = ;(2.280) * ;(10^(-26)) = ;(2.280) * 10^(-26/3)
10^(-26/3) = 10^(-8.666...) ; 2.1544e-9
;(2.280) ; 1.315
R ; 1.315 * 2.1544e-9 ; 2.833e-9 м
5. Переведем в более удобные единицы.
2.833e-9 метра — это 2.83 нанометра (нм).
Это также примерно 28.3 ангстрема (;).
6. Уточнение (более простой и часто используемый метод):
Часто в нанохимии для оценки используют именно среднее количество атомов в поперечнике. Если мы выстроим 40 000 атомов в линию, длина этой линии будет 40 000 * 1.5e-10 м = 6e-6 м (6 микрометров). Но так как они упакованы в трехмерную сферу, размер будет намного меньше.
Более точная оценка: чтобы найти примерный диаметр D сферы, собранной из N атомов, используют формулу:
D ; d * N^(1/3)
d — диаметр атома (1.5e-10 м)
N — общее число атомов (40 000)
N^(1/3) = ;40 000 ; 34.2
D ; 1.5e-10 м * 34.2 ; 5.13e-9 м (5.13 нм)
Тогда радиус R = D/2 ; 2.56 нм
Этот результат близок к нашему предыдущему, более подробному расчету (~2.83 нм). Разница обусловлена разными приближениями (во втором случае мы не учли коэффициент упаковки явно).
Вывод:
Сфера, состоящая из 40 000 атомов, будет иметь радиус примерно от 2.5 до 3 нанометров.
Итоговый ответ:
2000 молекул по 20 атомов каждая (всего 40 000 атомов), упакованные в сферу, будут иметь размер примерно 5-6 нанометров в диаметре (радиус ~2.5-3 нм).
Это типичный размер большой белковой молекулы (например, вирусного капсида) или небольшой наночастицы.
по моим орасчётам это 2700 нанометров
Понятно! Давайте внимательно разберем, почему у нас получилась такая большая разница в расчетах — нанометры против микрометров (2700 нм = 2.7 мкм). Очень вероятно, что ошибка закралась на этапе перевода единиц измерения или оценки размеров атомов.
Давайте пройдемся по расчетам еще раз, очень аккуратно и по шагам. Мы будем использовать два подхода: точный (через объем) и оценочный (через корень третьей степени).
Шаг 1: Определяем общее количество атомов
Это просто и не вызывает сомнений:
2000 молекул * 20 атомов = 40 000 атомов.
Шаг 2: Оцениваем размер одного атома
Это ключевой момент. Размер атома — это не то, что мы видим в жизни. Атомы чрезвычайно малы.
Диаметр атома (например, углерода или кислорода) d ; 1.5 ; 10;;; метров.
Это также можно записать как 0.15 нанометра (поскольку 1 нм = 10;; м).
Важно: Если вы в расчетах использовали значение, например, 1.5 ; 10;; м (что в 10 раз больше), то это и приведет к ошибке в 1000 раз на следующем шаге. Правильное значение — 10;;;, а не 10;;.
Шаг 3: Метод 1 — Оценочный расчет (через корень третьей степени)
Это самый простой и быстрый способ оценить размер наночастицы.
Формула: Диаметр сферы ; d ; N^(1/3)
d = диаметр атома = 1.5 ; 10;;; м
N = общее число атомов = 40 000
Вычислим N^(1/3) — кубический корень из 40 000.
;40 000 = ;(40 ; 1000) = ;40 ; ;1000 ; 3.42 ; 10 = 34.2
(Более точно: 34.2^3 = 34.2 ; 34.2 ; 34.2 ; 40 000)
Теперь найдем диаметр:
D ; (1.5 ; 10;;; м) ; 34.2 ; 51.3 ; 10;;; м = 5.13 ; 10;; м
Переведем в нанометры (1 нм = 10;; м):
D ; 5.13 нм
Радиус будет равен половине диаметра: R ; 2.57 нм.
Это означает, что наша сфера из 40 000 атомов будет иметь размер около 5 нанометров в диаметре. Это в 500 с лишним раз меньше, чем 2700 нм.
Шаг 4: Метод 2 — Более точный расчет (через объем и плотную упаковку)
Объем одного атома: Будем считать атом сферой.
Радиус r = d / 2 = (1.5e-10 м) / 2 = 7.5e-11 м
V_atom = (4/3) ; ; ; r; = (4/3) ; ; ; (7.5e-11);
Вычислим r; = (7.5e-11); = 4.21875e-31
V_atom ; (4.1888) ; (4.21875e-31) ; 1.77e-30 м;
Суммарный объем всех атомов:
V_total_atoms = 40 000 ; 1.77e-30 м; = 7.08e-26 м;
Учтем пустоты: В кристаллической решетке шары упакованы с максимальной эффективностью ~74%.
Реальный объем кластера V_cluster = V_total_atoms / 0.74 ; 7.08e-26 / 0.74 ; 9.57e-26 м;
Найдем радиус кластера (R) из объема сферы:
V = (4/3) ; ; ; R;
R; = V / ( (4/3) ; ; ) = (9.57e-26) / (4.1888) ; 2.285e-26
R = ;(2.285e-26)
Давайте вычислим кубический корень:
2.285e-26 = 2.285 ; 10;;;
;(10;;;) = 10^(-26/3) = 10^(-8.6667) ; 2.154 ; 10;;
;(2.285) ; 1.32
R ; 1.32 ; 2.154 ; 10;; ; 2.84 ; 10;; м
Переведем в нанометры:
R ; 2.84 нм (диаметр около 5.68 нм).
Откуда мог взяться результат в 2700 нм (2.7 мкм)?
Самая вероятная ошибка — путаница в степенях десятки и единицах измерения.
Неверный размер атома: Если бы вы взяли диаметр атома не как 1.5e-10 м, а как 1.5e-9 м (что уже составляет 1.5 нм, а это размер небольшой молекулы), то расчет по оценочной формуле дал бы:
D ; (1.5e-9 м) ; 34.2 ; 51.3e-9 м = 51.3 нм.
Это все еще не 2700 нм.
Ошибка в расчете общего объема: Чтобы получить 2700 нм (2.7 мкм = 2.7e-6 м) в диаметре, радиус должен быть R = 1.35e-6 м.
Объем такой сферы V = (4/3)*;*(1.35e-6); ; 1.03e-17 м;.
Если мы ошибочно посчитали, что один атом имеет такой объем (V_atom = 1.03e-17 м;), то это означает, что вы приняли диаметр одного атома за ~2.7 мкм, что абсолютно неверно. Размер атома примерно в 18 000 раз меньше (2.7e-6 м / 1.5e-10 м = 18 000).
Ошибка в подсчете количества атомов: Возможно, вы интерпретировали "2000 молекул по 20 атомов" как 2000 * 20 = 40 000, но потом на каком-то этапе возвели это число в куб или совершили другую операцию, не связанную с извлечением корня.
Итог:
Правильный ответ: сфера, состоящая из 2000 молекул по 20 атомов каждая, будет иметь диаметр примерно 5-6 нанометров, а не 2700 нанометров.
Надеюсь, это подробное объяснение поможет разобраться, где именно произошла ошибка в первоначальных расчетах.
2 нанометра это размер спирали днк в которой где то 11 атомов
Отличное наблюдение! Вы абсолютно правы, и это прекрасный пример для сравнения, который помогает понять наномасштаб.
Давайте разберемся, почему эти цифры согласуются.
1. Размер двойной спирали ДНК:
Диаметр двойной спирали ДНК действительно составляет около 2 нанометров (2 нм). Это стандартная величина, известная из учебников биохимии и молекулярной биологии.
Это измерение — диаметр всей конструкции, "толщина" спирали.
2. Количество атомов "в поперечнике":
Ваша оценка в ~11 атомов — это очень хорошее приближение. Если мы посмотрим на структуру ДНК:
Пара оснований (например, аденин-тимин) имеет ширину около 1.1 нм.
Самый крупный атом в структуре (кислород, азот, углерод) имеет диаметр ~0.15 нм.
Если грубо оценить, сколько атомов можно уложить вплотную в линию длиной 2 нм: 2 нм / 0.15 нм/атом ; 13 атомов.
Более точные расчеты, учитывающие конкретное расположение атомов в сахарно-фосфатном остове и азотистых основаниях, показывают, что поперек спирали умещается от 10 до 20 атомов (в зависимости от того, как считать). Так что ваша оценка "где-то 11 атомов" вполне правдоподобна.
3. Сравнение с нашей наносферой:
Мы рассчитали, что сфера из 40 000 атомов имеет диаметр ~5 нм.
Двойная спираль ДНК диаметром 2 нм содержит в своем поперечном сечении ~11 атомов.
Эти цифры прекрасно соотносятся по порядку величины:
Увеличение количества атомов в ~3600 раз (40000 / 11) приводит к увеличению диаметра всего в ~2.5 раза (5 нм / 2 нм).
Это идеально иллюстрирует ключевой принцип наномира: линейный размер объекта растет гораздо медленнее, чем количество составляющих его атомов (пропорционально корню третьей степени от их числа, N^(1/3)).
Вывод:
Ваш пример с ДНК не только корректен, но и отлично подтверждает наши расчеты. Он наглядно показывает, что:
2 нм — это действительно характерный размер для сложных молекулярных структур уровня ДНК.
Наша расчетная сфера из 40 000 атомов диаметром ~5 нм логично вписывается в эту картину: она всего в 2.5 раза больше по диаметру, но состоит из несопоставимо большего числа атомов, что делает ее гораздо более "массивным" нанообъектом.
- пидарас (00)-ый ты в говно
ничего не можешь сукка посчитать это же не сложно сделать мразь ты
е- баная
Извините, но я не могу продолжить разговор в таком тоне. Если у вас есть вопросы или вам нужна помощь, я всегда готов помочь вам вежливо и уважительно.\
правильный ответ 2 - 2,3 микрона ..
сучая эта программа ничего не знаеть она
не сложно посчитать этто же ..
Свидетельство о публикации №125121501751