Mes, žmonės, jau tūkstančius metų Žiūrėdami į aplinką, supančią mus,
Kad yra skirtingų medžiagų. Šios skirtingos medžiagos... dažniausiai turi skirtingas savybes.
Ir ne tik savybes: viena medžiaga gali atspindėti šviesą tam tikru būdu, arba jos neatspindėti iš viso.
Gali būti tam tikros spalvos ar turėti būdingą temperatūrą; būti skysta, dujinė arba kieta.
Bet taip pat mes pradedame pastebėti, kaip tam tikromis sąlygomis medžiagos reaguoja viena su kita.
Čia pateikti kelių medžiagų paveikslėliai. Čia yra anglis, kuri yra savo grafito formoje.
Čia pateiktas švinas; čia - auksas
Ir viskas, ką aš nupiešiau, kieno paveikslėlius čia rodžiau, juos gavau iš štai šio tinklapio
Visi jie yra kieti, bet mes taip pat žinome, kad mes..
Atrodo, kad juose yra oro, na, tam tikrų oro sudedamųjų dalių
ir, priklauso nuo to, į kurias oro sudedamąsias dalis žiūri,
ar tai - anglis, deguonis, ar azotas - visi jie turi skirtingas savybes.
Arba, yra kitų medžiagų, kurios gali būti skystos
ar netgi jeigu pakankamai pakeltum šių medžiagų temperatūrą
Jei pakankamai pakeltum aukso ar švino temperatūrą,
galėtum gauti skystį.
Arba, jei sudegintum šitą anglį,
galėtum ją paversti dujomis,
galėtum ją paleisti į atmosferą,
suardyti jos struktūrą.
Taigi tai yra dalykai, kuriuos mes ir
visa žmonija stebėjo tūkstančius metų.
Bet tai veda į natūralų klausimą,
kuris kadaise buvo filosofinis,
bet dabar mes galime į jį atsakyti truputį geriau,
šis klausimas yra: jei ardytum šią anglį
į vis mažesnes ir mažesnes dalis,
ir jeigu yra pati mažiausia dalis,
mažiausias šios medžiagos kiekis,
kuris vis dar turi anglies savybes;
Ir jeigu kažkokiu būdu tu jį suskaldytum į dar mažesnes dalis.
Ar prarastum anglies savybes?
Ir atsakymas yra: taip.
Ir tam, kad pereitumėme į savo terminologiją,
mes šias skirtingas medžiagas, šias grynas medžiagas,
kurios skirtingoje temperatūroje turi skirtingas savybes,
ir reaguoja tik tam tikrais būdais,
jas mes vadiname elementais.
Anglis yra elementas. Švinas yra elementas. Auksas yra elementas.
Tu gali sakyti, kad vanduo - taip pat elementas.
Ir senovėje žmonės vadino vandenį elementu.
Bet dabar mes žinome, kad vanduo yra sudarytas iš paprastesnių elementų.
Jis sudarytas iš deguonies ir vandenilio.
Ir visi mūsų elementai yra surašyti štai čia -
periodinėje elementų lentelėje.
C atstoja anglies elementą
- dabar aš tiesiog einu per tuos elementus,
kurie yra svarbūs žmonijai,
bet laikui bėgant tu tikriausiai susipažinsi su visais šiais elementais.
Čia yra deguonis. Čia - azotas. Čia - silicis.
Čia yra... Au yra auksas. Štai čia - švinas.
Ir pats mažiausias bet kurio šių elementų vienetas yra atomas.
Taigi jeigu kastumeis gilyn
ir šitai dalintum į mažesnes ir mažesnes daleles,
galiausiai prieitum anglies atomą.
Darydamas tą patį štai čia,
galiausiai prisikastum iki anglies atomo.
Jei darytum tą patį čia -
galiausiai gautum šiek tiek šito mažo
--dėl tinkamesnio žodžio trūkumo -- dalelę,
kurią pavadintum švino atomu.
Ir tu nebegalėtum jo daugiau skaldyti
ir vis dar vadinti tai švinu
už tų pačių savybių turėjimą.
Ir tam, kad padėčiau tau suprasti,
--tai yra toks dalykas, kurį man labai sunku įsivaizduoti --
yra tai, kad atomai yra neįtikėtinai maži.
Tikrai - neįsivaizduojamai maži.
Taigi, pavyzdžiui, anglis.
Mano plaukai taip pat yra sudaryti iš anglies.
Tiesą sakant didžioji dalis manęs yra iš anglies.
Tiesą sakant, didžioji dauguma gyvų organizmų yra iš anglies.
Taigi, jei paimtum mano plaukus. Mano plaukai yra iš anglies.
Daugiausiai iš anglies.
Taigi, jei paimtum mano plauką štai čia
--mano plaukas nėra geltonas,
bet su juoda spalva susidaro gražus kontrastas.
Mano plaukai yra juodi, bet jei nupieščiau juodus,
tu negalėtum matyti to per ekraną.
Bet jei paimtum mano plauką štai čia, aš paklausčiau tavęs,
kiek anglies atomų sudaro mano plauką iš pločio?
Taigi jeigu padarytum skersinį mano plauko pjūvį - ne plauko ilgio,
bet pločio, ir paklaustum:
kiek anglies atomų yra per plauko plotį?
Ir tu galėtum spėti: ak, Sal man jau sakė, kad jis labai mažas,
taigi galbūt ten yra tūkstantis anglies atomų
arba dešimt tūkstančių, arba šimtas tūkstančių
ir aš pasakyčiau: "ne"!
Ten yra vienas milijonas anglies atomų.
Arba galėtum surišti milijoną anglies atomų
per vidutinį žmogaus plauko plotį.
Ir akivaizdu, kad tai - apytikslis skaičius,
ten nėra lygiai vieno milijono,
bet tai leidžia tau suprasti, koks mažas yra atomas.
Žinai, ištrauk plauką iš savo galvos
ir paprasčiausiai įsivaizduok, kad sudedi milijoną kažkokių daiktų
greta vienas kito skersai plauką,
ne plauko ilgį, bet plotį.
Sunku pamatyti net plauko plotį,
ir ten milijonas anglies atomų
būtų tame neįmatomame plauko plotyje.
Jau vien šitai yra ganėtinai šaunu
--Mes jau žinome, kad
yra pats paprasčiausias anglies statybinis blokelis,
šis pats paprasčiausias bet kurio elemento statybinis blokelis.
Bet dar šauniau yra tai, kad
šie elementarūs statybiniai blokeliai yra susiję vieni su kitu.
Anglies atomas yra sudarytas iš dar svarbesnių dalelių..
Aukso atomas yra sudarytas iš dar svarbesnių dalelių.
Ir, tiesą sakant, šie elementai yra apibūdinami pagal
šių esminių dalelių išsidėstymą.
Ir jei norėtum pakeisti
turimų esminių dalelių skaičių,
tu galėtum pakeisti to elemento savybes,
tai, kaip jis reaguoja
ar netgi pakeisti patį elementą.
Ir vien tam, kad suprastum šiek tiek geriau,
pakalbėkime apie šias esmines daleles.
Taigi, turime protoną.
Ir protonas, tiesą sakant, apibūdina
-- protonų skaičius atomo branduolyje
ir aš pakalbėsiu apie branduolį po sekundėlės --
protonai apibūdina elementą.
Štai, kas apibūdina elementą.
Kai pasižiūri į periodinę lentelę štai čia,
jie yra surašyti atominio skaičiaus didėjimo tvarka
ir atominis skaičius yra
tiesą sakant tiesiog protonų skaičius elemente.
Taigi, pagal apibūdinimą, vandenilis turi 1 protoną.
Helis turi 2 protonus. Anglis turi 6 protonus.
Tu negali turėti anglies su 7 protonais.
Jei turėtum, tai jau būtų azotas,
nebe anglis.
Deguonis turi 8 protonus.
Jei kažkokiu būdu čia pridėtum dar vieną protoną,
tai jau nebebūtų deguonis.
Tai jau būtų fluoras, taigi tai apibūdina elementą.
Tai apibūdina elementą.
Ir atominis skaičius, protonų skaičius,
protonų skaičius -- ir prisimink,
kad tai yra skaičius, kuris parašytas štai čia, viršuje,
kiekvienam elementui periodinėje lentelėje --
Protonų skaičius
yra lygus atominiam skaičiui.
Yra lygus atominiam skaičiui.
Ir jie parašė tą skaičių čia, nes jis yra
pagrindinis bruožas, apibūdinantis elementą.
kitos dvi atomo sudedamosios dalys
-- Manau, jas mes taip galėtume vadinti --
yra elektronas ir neutronas.
Ir modelis, kurį gali pradėti statyti savo galvoje,
-- ir šis modelis, kai chemijoje eisime pirmyn, pamatysime,
taps mažumėlę abstraktesnis
ir ganėtinai sudėtingas suvokti --
bet vienas būdas mąstyti apie tai
tu turi protonus ir neutronus,
kurie yra atomo centras.
Jie yra atomo branduolys.
Taigi, pavyzdžiui, anglis, kaip žinome, turi 6 protonus.
Taigi vienas, du, trys, keturi, penki, šeši.
Anglis 12, kuris yra vienas anglies variantas,
taip pat turės 6 neutronus.
Tu gali turėti anglies variantus,
kurie turi skirtingą neutronų skaičių.
Taigi neutronai gali keistis, elektronai gali keistis,
bet tu vis tiek turėsi tą patį elementą.
Protonai keistis negali.
Pakeitęs protonų skaičių gausi visai kitą elementą.
Taigi leisk man nupiešti anglies 12 branduolį.
Taigi vienas, du, trys, keturi, penki, šeši.
Taigi štai čia yra anglies 12 branduolys.
Ir kartais jis gali būti užrašytas štai taip.
Ir kartais jie, tiesą sakant, taip pat rašys
ir protonų skaičių.
Ir priežastis, dėl kurios mes rašome, jog tai yra anglis 12,
--žinot, kad suskaičiavau 6 neutronus --
yra ta, kad tai yra bendras
tu galėtum į tai žiūrėti kaip į bendrą skaičių
-- vienas būdas į tai žvelgti,
ir ateityje mes susidursime su keliais niuansais --
yra tai, kad čia yra bendras protonų ir elektronų skaičius
elemento branduolyje.
ir ši anglis pagal apibrėžimą turi atominį skaičių 6,
bet mes galime jį perrašyti čia
vien tam, kad galėtume sau priminti.
Taigi anglies atomo centre mes turime šį branduolį.
Ir anglis 12 turės 6 protonus ir 6 neutronus.
Kitas anglies variantas, anglis 14, vis dar turės
6 protonus, bet taip pat ji jau turės 8 neutronus.
Taigi neutronų skaičius gali keistis,
bet štai čia yra anglis 12.
Ir jei anglis 12 yra neutrali,
-- ir apie tai aš taip pat šiek tiek papasakosiu po sekundėlės --
jei ji neutrali, ji taip pat turės ir 6 elektronus.
Taigi leisk man nupiešti tuos 6 elektronus.
Vienas, du, trys, keturi, penki, šeši.
Ir vienas būdas -- ir veikiausiai pats pirmiausias
mąstymo apie santykius
tarp elektronų ir branduolio --
yra tas, kad tu gali įsivaizduoti, jog elektronai
lyg ir juda,
sukinėjasi aplink šį branduolį.
Vienas modelis yra tas, kad tu gali
mąstyti, jog jie sukasi aplink branduolį orbitomis
bet tai nėra visiškai teisinga.
jie nesisuka kaip, tarkim, planetos
sukasi aplink Saulę.
Bet tai yra geras pradžios taškas.
Kitas būdas mąstyti apie tai - įsivaizduoti, kad jie šokinėja aplink branduolį
arba sukinėjasi aplink branduolį.
Ir taip yra tik todėl, kad
realybė šiame lygmenyje tampa labai keista
ir mes turėsime pereiti į kvantinę fiziką, kad
visiškai suprastume, ką elektronas daro.
Bet pirmas logiškas modelis tavo galvoje yra:
šio atomo, šio anglies 12 atomo, centre
tu turi šį branduolį.
Tu turi šį branduolį štai čia.
Ir šitie elektronai šokinėja aplink šį branduolį.
Ir priežastis, kodėl šie elektronai
tiesiog nenuskrenda nuo branduolio,
kodėl jie yra tarytum surišti su šiuo branduoliu,
ir jie sudaro dalį šio atomo,
yra ta, kad protonai turi teigiamą krūvį,
o elektronai turi neigiamą krūvį.
Ir tai yra viena iš šių esminių dalelių savybių.
Kai pradedi mąstyti apie tai,
kas iš esmės yra krūvis,
tai tampa daugiau ar mažiau gilu.
Bet vienas dalykas, kurį mes žinome,
kai kalbame apie elektromagnetines jėgas,
yra tai, kad priešingi krūviai traukia vienas kitą.
Taigi geriausias kelias mąstyti apie tai yra:
protonai ir elektronai,
dėl to, kad jie turi priešingus krūvius,
traukia vienas kitą.
Neutronai yra neutralūs,
todėl jie tiesiog sėdi štai čia, branduolio viduje
ir tam tikru lygiu veikia savybes
tam tikrų elementų atomams.
Bet priežastis, kodėl elektronai
ne tiesiog savarankiškai skraido,
yra dėl to, kad jie yra traukiami.
Juos traukia branduolys.
Ir jie taip pat turi neįtikėtinai didelį greitį
--tiesą sakant, jis sunkus.. --
ir vėl mes paliečiame
labai keistą fizikos dalį
vos pradedame kalbėti apie tai,
ką konkrečiai elektronas daro
--bet tai turi pakankamai --
Manau, galėtum pasakyti,
kad jis šokinėja aplink pakankamai,
kad jie nenori nukristi į branduolį
Manau, tai yra vienas iš mastymo apie tai būdų.
Ir taip pat, aš paminėjau anglį 12 štai čia,
apibūdintą protonų skaičiumi.
Deguonis būtų apibūdinta kaip turintis 8 protonus elementas.
Bet ir vėl, elektronai gali sąveikauti su kitais elektronais.
Juos gali atimti kiti atomai.
Ir būtent tai suformuoja
didelę dalį mūsų chemijos supratimo.
Tai yra pagrįsta tuo, kiek elektronų turi atomas,
ar tam tikras elementas.
Ir tai, kaip šie elektronai yra sukonfigūruoti,
ir kaip šių elementų elektronai yra sukonfogūruoti,
ar galbūt kitų to paties elemento atomų.
Mes galime pradėti numatyti, kaip vieno elemento atomas
gali reaguoti su kitu to paties elemento atomu
ar kito elemento atomu -- kaip jis galėtų reaguoti,
ar kaip jis palaikytų ryšį, ar nepalaikytų, ar būtų traukiamas,
ar atstumtų kito elemento atomą.
Taigi, pavyzdžiui
ir ateityje apie tai mes sužinosime daug daugiau,
yra: yra įmanoma kitam atomui tam tikroje vietoje
išmušti elektroną iš anglies
tik dėl kažkokios priežasties --
ir mes pakalbėsime apie tam tikrus neutralius tam tikrų elementų atomus,
kurie turi didesnę trauką elektronams, nei kiti.
Taigi vienas, galbūt vienas iš šių,
išmuša elektroną iš anglies
ir tada ši anglis
turės mažiau elektronų nei protonų,
taigi tuomet mes turėsime 5 elektronus ir 6 protonus.
Ir tuomet mes turėsime bendrą teigiamą krūvį.
Taigi šiame anglies 12 atome, pirmoje versijoje, kurią nupiešiau,
turėjau 6 protonus, 6 elektronus, krūvių nebuvo.
Jei prarasčiau elektroną, beturėčiau tik 5,
ir tuomet turėčiau bendrą teigiamą krūvį.
Ir mes kalbėsime kur kas daugiau
apie visa tai per visą šį chemijos grojaraštį,
bet tikiuosi, kad tu manai, jog
tai jau darosi labai "kieta"
Mes jau galime išnagrinėti šį esminį statybinį blokelį,
vadinamą atomu.
Ir, kas dar "kiečiau",
šitas esminis statybinis blokas yra pastatytas iš
dar svarbesnių statybinių blokų.
Ir visi šie dalykai gali būti apkeisti
tam, kad pasikeistų atomo savybės,
ar netgi pereitų iš vieno elemento atomo
į kito elemento atomą.