Ангстрем

Ангстрем (русское обозначение: Å; международное: Å) — внесистемная единица измерения длины, равная 10⁻¹⁰ метра (0,1 нанометра, 100 пикометров). Применяется в физике, химии, кристаллографии и материаловедении для измерения межатомных расстояний, длин волн электромагнитного излучения (в частности, рентгеновского и ультрафиолетового) и размеров молекул. Названа в честь шведского физика и астронома Андерса Йонаса Ангстрема.

История

Единица была введена в научный обиход в конце XIX века. В 1868 году Андерс Йонас Ангстрем опубликовал атлас спектральных линий Солнца, в котором длины волн были приведены в единицах, равных 10⁻¹⁰ метра. Сам учёный использовал величину, определённую как 10⁻¹⁰ м, однако точное значение в то время было установлено с меньшей точностью. Впоследствии эта единица получила его имя.

В 1907 году Международный союз по солнечным исследованиям (ныне — Международный астрономический союз) официально утвердил ангстрем как единицу длины для спектроскопии, определив его через длину волны красной линии кадмия (6438,4696 Å). В 1927 году это определение было уточнено. С переходом в 1960 году на Международную систему единиц (СИ) ангстрем был выведен из числа официальных единиц, но продолжает широко использоваться в ряде научных областей.

Определение и соотношение с другими единицами

Современное определение ангстрема базируется на метре: 1 Å = 1×10⁻¹⁰ м. Соотношение с другими единицами длины:

Применение

Физика и химия

Ангстрем удобен для описания атомных и молекулярных масштабов. Типичный радиус атома водорода составляет около 0,5 Å, а межатомное расстояние в кристаллах (например, в кремнии) — порядка 2–3 Å. Длина химической связи (например, C–C в алмазе) равна примерно 1,54 Å. В спектроскопии длины волн видимого света измеряются в ангстремах: фиолетовый свет — около 4000 Å, красный — около 7000 Å.

Кристаллография

В кристаллографии параметры элементарных ячеек кристаллических решёток (постоянные решётки) традиционно указываются в ангстремах. Например, постоянная решётки кремния составляет 5,4307 Å. Это позволяет наглядно представлять атомные структуры без использования дробных долей нанометра.

Материаловедение

При исследовании тонких плёнок, наночастиц и полупроводниковых структур толщина слоёв часто задаётся в ангстремах. Например, толщина оксидного слоя на поверхности кремния может составлять от 10 до 100 Å. В технологии производства интегральных микросхем (например, на предприятиях типа «Ангстрем» в Зеленограде) используются технологические нормы, измеряемые в ангстремах.

Астрофизика

В астрофизике ангстрем применяется для измерения длин волн спектральных линий звёзд, туманностей и галактик. Спектральные линии водорода (серия Бальмера) лежат в диапазоне от 6563 Å (Hα) до 3646 Å (граница серии). Это позволяет определять химический состав, температуру и скорость движения небесных объектов.

Интересные факты

• В ангстремах выражают размеры вирусов (например, вирус гриппа — около 1000 Å) и белковых молекул (гемоглобин — примерно 50–70 Å).
• В некоторых странах (например, в США и Великобритании) ангстрем до сих пор используется в научных публикациях наравне с нанометром, несмотря на рекомендации Международного бюро мер и весов применять единицы СИ.
• В 1960-е годы была предпринята попытка заменить ангстрем на нанометр, но в ряде областей (особенно в рентгеновской кристаллографии) он сохранился из-за удобства: 1 Å примерно равен 1/10 нм, что упрощает расчёты.
• В русскоязычной научной литературе обозначение «Å» часто заменяют на «А» (латинское) или «А» (кириллическое), что может приводить к путанице с ампером (А). Для избежания неоднозначности рекомендуется использовать символ «Å» (U+00C5).

Критика и статус в системе единиц

Ангстрем не входит в Международную систему единиц (СИ) и не рекомендуется к применению Международным комитетом мер и весов. В официальных документах и стандартах (например, ГОСТ 8.417-2002 «ГСИ. Единицы величин») его использование допускается только в качестве внесистемной единицы, но без ограничения срока действия. Критики отмечают, что в эпоху нанотехнологий нанометр (10⁻⁹ м) стал более удобной единицей для большинства измерений, однако ангстрем остаётся незаменимым для описания атомных и молекулярных структур, где точность до десятых долей нанометра имеет значение.

Источники

• Международное бюро мер и весов (BIPM). «The International System of Units (SI)», 9-е издание, 2019.
• ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».
• Физическая энциклопедия / гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988–1998.
• «Ангстрем» // Большая советская энциклопедия. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1969–1978.
• «Angstrom» // Encyclopaedia Britannica, 2023.