Nanómetro: equivalencias, usos y ejemplos, ejercicios
El nanómetro es un submúltiplo del metro que equivale a 1 x 10-9 m y se abrevia 1nm. Representa la mil millonésima parte de un metro, una escala que comúnmente no se maneja en la vida diaria.
A modo de ejemplos: una molécula de azúcar mide 1 nm de ancho, mientras que el virus SARS CoV 19 tiene un diámetro de entre 100 y 160 nm.
La palabra nanómetro deriva de la combinación de dos palabras griegas: “nanos” que significa enano, y “metron”, o patrón de medida. El prefijo nano se ha popularizado mucho recientemente, gracias al auge de la miniaturización y de la tecnología relacionada con objetos extremadamente pequeños, como por ejemplo los componentes electrónicos.
Estas tecnologías de lo muy pequeño hicieron posible en corto tiempo, entre otras cosas, la creación de dispositivos electrónicos con grandes capacidades de cómputo en un tamaño portátil. Y también abarató los costos, haciéndolos asequibles a muchas más personas.
La ciencia médica también se ha beneficiado de esta miniaturización. Por eso fue necesario crear unidades de medida apropiadas para expresar tamaños muy pequeños, entre ellas el nanómetro.
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Las siguientes son equivalencias entre el nanómetro y otras unidades de medida de uso frecuente en ciencia e ingeniería y dan una buena idea de cuán pequeña es esta unidad:
El metro es la unidad de longitud del Sistema Internacional de Unidades SI. En este caso la equivalencia es:
1nm = 1 x 10-9 m
Del mismo modo, 1 metro tiene 1.000.000.000 nm, es decir, mil millones de nanómetros.
El centímetro es un submúltiplo del metro muy empleado para medir objetos cotidianos. La equivalencia entre centímetro y nanómetro es:
1nm = 1 x 10-7 cm
Hay nada menos que 10 millones de nanómetros en un centímetro.
En milímetros, una unidad que se usa mucho para expresar cosas pequeñas como los calibres de los alambres de cobre, por ejemplo, un nanómetro es:
1nm = 1 x 10-6 mm
O lo que es igual, 1 nm es la millonésima parte de un milímetro. Significa que hay 1 millón de nanómetros en 1 mm.
La micra o micrómetro, abreviado μm, es otro submúltiplo del metro que se emplea para cosas no visibles a simple vista. La micra es la millonésima parte de 1 metro, por lo tanto:
1 nm = 0.001 μm
Para hacerse una idea de estos tamaños: una célula sanguínea tiene un diámetro aproximado de 10 micras, que de acuerdo a la equivalencia dada, serían 10.000 nm. Y una bacteria es 10 veces más pequeña todavía, puede medir 1 micra o 1000 nm.
El picómetro o pm, es un submúltiplo del metro aún más pequeño que el nanómetro. Un picómetro equivale a 1×10-12 m.
1 nm = 1000 pm
Los picómetros son adecuados para medir longitudes de onda muy pequeñas, como las de los rayos X, por ejemplo, que son del orden de 5 pm aproximadamente.
El nanómetro es la unidad de medida apropiada para los tamaños en la nanociencia: la llamada nanoescala o escala nanoscópica, así como también para las longitudes de onda de la zona del espectro electromagnético que va desde el infrarrojo cercano, pasando por el espectro visible hasta los rayos gamma.
En nanociencia, que consiste en el estudio y desarrollo de nanoestructuras, los rangos van desde 1 hasta 100 nanómetros, por lo cual el nanómetro es una unidad apropiada para los tamaños que allí se manejan.
A esta escala, la gravedad no es una fuerza relevante, dado que las masas son muy pequeñas, pero otras interacciones toman su lugar y es necesario comenzar a tener en cuenta efectos cuánticos.
De esta manera, las propiedades de los materiales a niveles nanoscópicos difieren notablemente de las que tienen a escala macroscópica.
Los chips de computadora han ido decreciendo su tamaño con el correr del tiempo. Para finales de los 80 podían tener unos 2000 nanómetros (0.0002 cm). En 2009 eran de 22 nanómetros y actualmente su tamaño se redujo a 10 nanómetros. Se espera que se reduzcan todavía más, al menos a la mitad de este último valor.
El espectro electromagnético consiste en el continuo de longitudes de ondas y frecuencias en que se propagan las ondas electromagnéticas. Van desde las ondas de radio, las menos energéticas, hasta los rayos X y los rayos gamma, las de mayor energía.
En medio se encuentra el rango de luz visible: el conjunto de longitudes de onda a las que el ojo humano es sensible.
El nanómetro es una unidad de medida muy apropiada para estas longitudes de onda. Estos son los valores que distinguen las personas:
-Rojo: 700 nm
-Naranja: 665 nm
-Amarillo: 630 nm
-Verde: 600 nm.
-Azul: 550 nm.
-Indigo: 470 nm.
-Violeta: 450 nm.
Las longitudes de onda más allá del rojo son conocidas como infrarrojo, mientras que después del violeta está la radiación ultravioleta. El Sol emite radiación electromagnética principalmente en todas estas longitudes de onda.
Las láminas polarizadoras se inventaron hacia fines de la década de 1920, por el norteamericano Edwin Herbert Land (1909-1991). La fabricación de gafas de sol es uno de sus usos más conocidos.
El material empleado consta de largas cadenas de moléculas de hidrocarburos recubiertas de yodo y dispuestas en filas paralelas, cuya separación es menor que la longitud de onda de la luz a filtrar.
Por lo tanto la separación debe ser de alrededor de unos pocos cientos de nanómetros.
Los electrones de conducción en las moléculas tienen movilidad por toda la cadena, que de esta manera se comporta igual que un finísimo alambre conductor.
De esta forma, cuando incide luz no polarizada sobre la lámina (la cual contiene componentes tanto vertical como horizontalmente polarizadas), estos electrones comienzan a oscilar horizontalmente a lo largo de la cadena.
El resultado es una onda polarizada linealmente, con diferencia de fase de 180º respecto a la componente horizontal de la luz no polarizada, que se anulan mutuamente. Así la lámina polarizadora absorbe dicha componente horizontal, dejando pasar solamente la vertical.
Para que ocurra la difracción de la luz, el tamaño de las rejillas debe ser del orden de nanómetros, ya que la difracción solamente ocurre si la dimensión del obstáculo es menor que la longitud de onda incidente.
Transformar las siguientes medidas en nanómetros:
a) 0.000056 cm
b) 4 micras
c) 200 pm
d) 40.3 mm
e) 0.0027 dm
Solución a
0.000056 cm = 0.000056 cm x 1 x 107 nm/cm = 560 nm
Solución b
4 micras = 4 micras x 1000 nm/μm = 4000 nm
Solución c
200 pm = 200 pm x 0.001 nm/pm = 0.2 nm
Solución d
40.3 mm = 40.3 mm x 1 x 106 nm/mm = 40.3 x 106 nm
Solución e
Un dm es un decímetro, o décima parte de un metro:
0.0027 dm = 0.0027 dm x 1 x 108 nm/dm = 270000 nm
- CEIICH UNAM: Qué es un nanómetro. Recuperado de: youtube.com.
- Imagen Digital. Qué es un nanómetro. Recuperado de: gusgsm.com.
- Katz, D. 2017. Physics for Scientists and Engineers. Cengage Learning.
- Sardi, M. Nanotecnología: el futuro a un nanómetro de distancia. Recuperado de: palermo.edu.
- Wikipedia. Nanómetro. Recuperado de: es.wikipedia.org.