Meie, inimesed, oleme teadnud tuhandeid aastaid,
vaadates lihtsalt keskkonda meie ümber,
et on olemas erinevaid aineid.
Need erinevad ained... kipuvad omama eri omadusi.
Neil ei ole vaid eri omadused;
näiteks üks võib peegeldada valgust mingil viisil või siis ei peegelda üldse valgust.
Või on teatud värvi või omab teatud temperatuuri;
on kas vedel, gaas või tahke.
Aga samas me oleme alustanud uurimist,
kuidas need omavahel reageerivad teatud tingimustel.
Siin on mõningate ainete pilte.
See siin on süsinik ja see on siin ... grafiidina
See siin on plii; see aga kuld
ja kõik need, millest olen näidanud pilte ,
mis ma sain sellelt veebileheküljelt sealtsamast.
Kõik need ained on tahkes olekus, kuid me teame, et me...
Paistab nagu siin sees on teatud tüüpi õhku,
teatud tüüpi õhu osakesed,
ja sõltuvalt, mis tüüpi õhu osakesi sa vaatada,
olgu see siis kas süsinik, hapnik või lämmastik,
millel tundub olevat erinevat tüüpi omadused.
Kui on mingid teised ained, mis võivad olla vedelad
või isegi, kui tõsta temperatuuri piisavalt kõrgeks neil ainetel.
Näiteks kui tõsta temperatuuri piisavalt kõrgeks kullal või pliil,
siis võime saada vedeliku.
Või kui sa põletad seda süsiniku,
siis võid saada selle gaasilisse olekusse,
võid selle vabaks lasta atmosfääri,
võid purustada selle struktuuri.
Need ongi asjad, mida meil igat sorti
inimkond on tuhandete aastate jooksul jälginud.
Aga see viib meid loomuliku küsimuseni,
mis varem oli filosoofiline küsimus,
aga nüüd me oskame sellele vastata natukene paremini,
ja see küsimus on: kui me aina lõhume ja lõhume seda süsiniku
väiksemateks ja väiksemateks osadeks,
kas on olemas mingi väikseim osake,
mingi väikseim ühik sellest materjalist, sellest ainest,
millel on veel süsiniku omadused?
Ning kui kuidagimoodi me suudaksime veelgi kaugemale seda lõhkuda,
kas siis süsiniku omadused kaoksid?
Ja vastus on: jah, on küll.
Et saada aru meie sõnavarast,
me kutsume neid eri aineid, neid puhtaid aineid,
millel on iseloomulikud omadused teatud temperatuuridel,
ja reageerivad teatud viisidel,
elementideks.
Süsinik on element. Plii on element. Kuld on element.
Sa võiksid öelda, et vesi on element.
Ja ajaloos inimesed on nimetanud vett elemendiks,
kuid nüüd me teame, et vesi koosneb eri algelisematest elementidest.
Vesi koosneb hapnikust ja vesinikust.
Ja kõik meie elemendid on lahterdatud
keemiliste elementide perioodilisustabelisse.
C tähendab süsiniku
-- ma lihtsalt räägin need läbi,
mis on inimkonnale tähtsad --
aga aja jooksul sa tutvud kõigi elementidega.
See on hapnik. See on lämmastik. See on räni.
See on -- Au on kuld. See on plii.
Ja nende elementide põhiosakeseks on aatom.
Nii, kui sa lõhuksid ja lõhuksid
ja võtaksid väiksemaid ja väiksemaid tükikesi sellest.
Lõpuks sa saaksid süsiniku aatomi.
Teed sama asja siin,
saad lõpuks kulla aatomi.
Teeksid sama asja siin,
saaksid lõpuks mõne pisikese
-- parema sõna puudumise tõttu -- osakese,
mida kutsutakse plii aatom.
Ja kui sa enam ei suuda seda lõhkuda
ja saad veel nimetada seda pliiks,
sest sellel on kõik plii omadused.
Ning lihtsalt, et sulle mõtlemisainet anda,
-- mul endal on seda väga raske ette kujutada --
aatomid on uskumatult väiksed.
Päriselt, uskumatult väike.
Näiteks, süsiniku aatom.
Minu juuksed koosnevad ka süsinikust.
Muidu, ma koosnengi põhiliselt süsinikust.
Tegelikult enamik kõikidest elusorganismidest koosneb põhiliselt süsinikust.
Ning kui sa võtaksid mu juuksekarva ja mu juuksed koosnevad süsinikust.
Mu juuksed koosnevad põhiliselt süsinikust.
Nii, kui sa võtaksid mu juuksekarva,
-- mu juuksed pole blondid,
aga see paistab ilusti välja mustal taustal.
Mu juuksed on mustad. Aga kui ma joonistaksin nõnda,
siis te ei näeks seda ekraanil.
Aga kui sa võtaksid mu juuksekarva, ma küsiksin,
mitu süsiniku aatomit mu juuksekarv lai on?
Nii, kui sa võtaksid ristlõike mu juuksekarvast, mitte pikkupidi,
laiupidi mu juuksekarvast ja ütleks:
mitu süsiniku aatomit lai on see?
Ja sa võiksid ju arvata, et oh, Sal juba ütles mulle, et see on väga väike
nii et võib-olla on selles laiuses tuhat süsiniku aatomit,
või kümme tuhat, või sada tuhat,
ja ma ütleksin: "Ei!"
Se's on üks miljon süsiniku aatomit.
Sa võiksid panna miljon süsiniku aatomit
ritta ühele tavalisele inimese juuksekarva laiusele.
Ja see on muidugi ligikaudne,
see pole täpselt üks miljon,
aga see annab sulle ettekujutuse aatomi suurusest.
Sa võid ju tõmmata ühe karvakese oma peast
ja lihtsalt kujutle miljoni asjakese panemist
külg-külje kõrval juuksekarva peale,
mitte juuksekarva pikkusele, vaid juuksekarva laiusele.
On ju isegi raske näha juuksekarva laiust.
Ja seal on miljon süsiniku aatomit
lihtsalt sealsamas.
See on päris lahe tegelikult
-- me teame, et
aatom on nii-öelda süsiniku põhiline ehituskivi,
aatom on iga elemendi põhiline ehituskivi.
Aga see on veel isegi vahvam, et
need nn "ehituskivid" on omavahel seotud.
Süsiniku aatom koosneb isegi veel põhilistemast osakestest.
Kulla aatom koosneb isegi veel põhilistemast osakestest.
Ja neid aatomeid määratleb
nende põhiliste osakeste paiknemine ja arv.
Näiteks kui sa muudaksid
nende põhiliste osakeste arvu elemendi aatomis,
sa saaksid muuta selle elemendi omadusi,
selle elemendi reageerimist
või seda elementi iseennast.
Ning et lihtsalt paremini aru saada,
räägime neist põhilistest osakestest.
Esiteks, on olemas prooton.
Prooton ongi see, mis määratleb...
-- prootonite arv aatomi tuumas
ja ma räägin aatomi tuumast kohe varsti --
määratleb elemendi.
Niisiis, see ongi, mis määratleb elemendi.
Kui sa vaatad perioodilisustabelit siin,
siis näed, et elemendid on kirjutatud aatominumbri järjekorras
ja aatominumber ongi
prootonite arv elemendi aatomis.
Määratluse järgi, vesinikul on 1 prooton,
heeliumil on 2 prootonit, süsinikul on 6 prootonit.
Sul ei saa olla süsiniku aatomit 7 prootoniga.
Kui sul oleks, siis see oleks juba lämmastiku aatom,
mitte süsiniku aatom.
Hapniku aatomil on 8 prootonit.
Kui kuidagi sa lisaksid sinna 1 prootoni,
siis see poleks enam hapniku aatom.
See oleks fluor. See määratleb elemendi.
Prootonite arv määratleb elemendi.
Ja aatominumber, prootonite arv,
prootonite arv -- ja jäta meelde,
see on see number, mis on kirjutatud siia üles
igale elemendile perioodilisustabelis
-- prootonite arv
on võrdne aatominumbriga.
Prootonite arv on võrdne aatominumbriga.
Ja nad on pannud selle numbri siia üles, kuna
see määrab elemendi omadused.
Teised kaks aatomi osa
-- Ma arvan, et me võime neid nii kutsuda --
on elektron ja neutron.
Ja see mudel, mille ehitamist võid oma peas alustada
-- ja see mudel, kui me keemiat õppime, me näeme, et
see muutub natuke abstraktsemaks
ja on raske kavandada --
aga üks viis, kuidas sellest mõelda, on
sul on prootonid ja neutronid,
mis asuvad aatomi keskel.
Need asuvad aatomituumas.
Näiteks, süsinikul, nagu me juba teame, on 6 prootonit.
Niisiis, üks, kaks, kolm, neli, viis, kuus.
Süsinik-12, mis on üks süsiniku isotoop ehk versioon,
omab ka 6 neutronit.
Sul võib olla versioone süsinikust,
milledel kõigil on eri arv neutrone.
Nii nagu neutronite arv võib muutuda, võib ka muutuda elektronide arv,
kuid sul on siiski sama element.
Prootonite arv muutuda ei saa.
Sa muudad prootonite arvu, saad teise elemendi.
Las ma joonistan süsinik-12-e aatomituuma.
Nii üks, kaks, kolm, neli, viis, kuus.
Nii, see siin on süsinik-12 aatomituum.
Ja mõnikord on see kirjutatud niiviisi.
Mõnikord nad kirjutavad ka
prootonite arvu siia.
Ja põhjus, miks me kirjutame süsinik-12,
-- sa tead ju, ma lugesin kokku 6 neutronit --
on see, et see on arv,
sa võid vaatada seda arvu, kui
-- üks viis selle vaatamiseks,
ja me saame nüansse tulevikus juurde --
see arv on täielik arv,
mis ütleb meile, mitu neutronit ja prootonit on aatomi tuumas.
Ja süsinik määratluselt omab aatominumbrit 6,
kuid me võime selle uuesti kirjutada siia,
et lihtsalt meenutada endale.
Nii, süsiniku aatomi keskel on tuum
ja süsinik-12-l on 6 prootonit ja 6 neutronit.
Teine versioon (isotoop) süsinikust, süsinik-14, omab ikka
6 prootonit, kuid 8 neutronit.
Niisiis, neutronite arv võib muutuda,
aga see on süsinik-12 siin.
Ning kui süsinik-12 on neutraalne --
ja ma annan natuke nüansse sellele sõnale ka kohe --
kui see on neutraalne, siis tal on ka 6 elektroni.
Las ma joonistan need 6 elektroni.
Üks, kaks, kolm, neli, viis, kuus.
Ja üks viis -- ja see võib-olla on esimene viis,
kuidas mõelda elektronide ja
tuuma suhtele --
on kujutleda elektrone
liikumas ümber,
kihelemas ümber selle tuuma.
Üks mudel on, et sa võiksid
mõelda neist tiirlemas ümber tuuma,
kuid see pole päris õige.
Nad ei tiirle nagu planeedid
tiirlevad ümber Päikese.
Aga see on hea alguspunkt.
Teine viis on lihtsalt kujutleda elektrone hüplemas ümber tuuma
või nad kihelevad ümber tuuma.
Ja see on lihtsalt sellepärast, et
siin muutub asi väga imelikuks,
ja me peaksime tegelikult rääkima juba kvantfüüsikast,
et tõeliselt mõista, mida elektron teeb.
Aga esimene kujutletav mudel su peas on selline:
aatomi keskel, selle süsinik-12 aatomi keskel,
on see tuum.
Sul on see tuum siin
ja need elektronid hüplevad ümber selle tuuma.
Ja põhjus, miks need elektronid
lihtsalt ära ei lähe tuuma juurest,
miks nad niimoodi seotud on selle tuumaga
ja moodustavad selle aatomi,
on see, et prootonitel on positiivne laeng
ja elektronidel negatiivne laeng.
Ja see on üks neist põhiliste osakeste omadustest.
Kui sa mõtled sellest,
mis on laeng, mitte nimetuse mõttes,
see läheb väga keeruliseks.
Aga üks asi, mida me teame,
kui me räägime elektro-magneetilisest jõust,
on see, et eri laengud tõmbuvad.
Nii et parim viis sellest mõelda on:
prootonid ja elektronid,
sest neil on eri laengud,
tõmbuvad.
Neutronid, nagu nimigi ütleb, on neutraalsed,
seega nad lihtsalt "istuvad" tuumas,
ja mõjutavad mõningal määral
aatomite omadusi.
Kuid põhjus, miks elektronid lihtsalt
omapead minema ei lenda,
on see, et neid tõmbab.
Neid tõmbab tuuma poole.
Ning neil on ka uskumatult kõrge liikumiskiirus,
-- see on tegelikult raske --
me hakkame jälle puutuma kokku
ühe väga imeliku füüsikaharuga,
kui me hakkame rääkima,
mida elektron tegelikult teeb
-- kui sel on piisavalt --
Ma arvan, et võiks öelda, et
elektron hüpleb nii palju ringi,
sest ta ei taha kukkuda tuuma sisse.
Ma arvan, et see on üks viis, kuidas sellest mõelda.
Ja nagu ma mainisin, süsinik-12, siin
on määratletud prootonite arvu poolest.
Hapnik oleks määratletud selle poolest, et tal on 8 prootonit.
Kuid jälle, elektronid mõjutavad vastastikku teisi elektrone.
Elektrone võib teine aatom ühelt aatomilt ära võtta.
Ja see tegelikult kujundab
paljutki meie arusaamast keemiast.
See põhineb sellel, kui mitu elektroni aatomil on,
või kui mitu elektroni teatud elemendi on.
Ja kuidas need elektonid on seatud
ning kuidas need teiste elementide elektronid on seatud
või kuidas on seatud teised sama elemendi aatomid.
Me saame ennustada, kuidas ühe elemendi aatom
reageerib sama elemendi teise aatomiga
või kuidas ühe elemendi aatom -- reageeriks,
seonduks, ei seonduks, tõmbaks enda poole
või tõukaks teise elemendi aatomit.
Niisiis, näiteks,
ja me õppime veel palju sellest tulevikus,
kas on võimalik mingil teisel aatomil mingis kohas
varastada süsiniku aatomilt elektron
lihtsalt ükskõik, mille pärast --
ja me räägime teatud elementide teatud neutraalsetest aatomitest, millel
on suurem külgetõmbavus elektronidega kui teistel.
Näiteks, üks, võib-olla üks neist,
varastab ehk võtab ära elektroni süsinikult,
siis see süsinik muutub,
tal on vähem elektrone kui prootoneid,
seega tal on 5 elektroni ja 6 prootonit.
Süsinikul on nüüd positiivne laeng.
Nii, selles süsinik-12-es, esimesel versioonil, mis ma tegin,
oli 6 prootonit ja 6 elektroni, laengus nullisid üksteist ära.
Kui süsinik kaotab elektroni, siis on ainult 5 elektroni
ja süsinikul tekib positiivne laeng.
Ning me räägime natuke veel
kõigest sellest keemiavideode esitusloendis,
kuid loodetavasti, sa mõistad, et
juba siin lähevad asjad väga ägedaks.
Me juba saame aru sellest ehituskivist
nimega aatom.
Ja mis on isegi veel vingem, on see, et
see "ehituskivi" on "ehitatud"
veel väiksematest "ehituskividest".
Ja neid saab muuta ja tõsta ümber,
et muuta aatomi omadusi
või isegi muuta ühe elemendi aatom
teise elemendi aatomiks.