1
00:00:00,000 --> 00:00:03,100
人类早已知晓

2
00:00:03,120 --> 00:00:05,820
只需留意周遭的环境

3
00:00:05,840 --> 00:00:07,070
就会发现不同的物质

4
00:00:07,090 --> 00:00:10,200
这些不同的物质 往往会有不同的性质

5
00:00:10,220 --> 00:00:11,640
不仅仅是性质不同

6
00:00:11,670 --> 00:00:14,460
可能一种物质会以某种方式反射光 而另一种却不能

7
00:00:14,490 --> 00:00:17,720
这种物质或有某种颜色 或在特定的温度下

8
00:00:17,740 --> 00:00:20,260
变成液体、气体、固体

9
00:00:20,280 --> 00:00:22,080
但我们也开始观察

10
00:00:22,100 --> 00:00:24,560
它们是如何在某些情况下相互反应的

11
00:00:24,580 --> 00:00:27,570
这里有几张这些物质的照片

12
00:00:27,600 --> 00:00:31,470
这张是在石墨形态下的碳的照片

13
00:00:31,490 --> 00:00:35,670
这里这张是铅 这张是金

14
00:00:35,690 --> 00:00:37,490
我做了标记的这些照片

15
00:00:37,510 --> 00:00:39,130
也就是在此给大家展示的图片

16
00:00:39,140 --> 00:00:41,410
都是我在这个网址里找到的

17
00:00:41,430 --> 00:00:44,650
这些都是在固态下的照片

18
00:00:44,670 --> 00:00:47,270
不过我们也知道 某种空气

19
00:00:47,290 --> 00:00:49,440
某些空气粒子

20
00:00:49,460 --> 00:00:51,820
当所观察的空气粒子的类型不同

21
00:00:51,840 --> 00:00:55,650
例如碳、氧、氮

22
00:00:55,670 --> 00:00:57,780
它们的性质都有所不同

23
00:00:57,800 --> 00:00:59,750
或者是其他的东西 比如液体

24
00:00:59,770 --> 00:01:02,290
可能只需将这些物质的温度提到足够的高

25
00:01:02,310 --> 00:01:05,560
例如 将金或铅的温度提到足够高

26
00:01:05,590 --> 00:01:08,120
你就能得到液态的金或铅 又或者

27
00:01:08,140 --> 00:01:12,210
如果把碳燃烧 就可以将它转化为气态

28
00:01:12,230 --> 00:01:13,570
还可以将其释放到大气中

29
00:01:13,680 --> 00:01:14,960
还可以打破它的结构

30
00:01:14,990 --> 00:01:17,720
这些是我们人类上千年来 通过各种方法

31
00:01:17,750 --> 00:01:20,840
观察得来的知识

32
00:01:20,860 --> 00:01:22,510
但是 这指向了一个自然问题

33
00:01:22,530 --> 00:01:24,580
很久以前 这是一个哲学问题

34
00:01:24,610 --> 00:01:26,630
不过我们现在可以更好地回答这个问题了

35
00:01:26,650 --> 00:01:31,150
这个问题就是 如果你不断将一块固体碳

36
00:01:31,200 --> 00:01:35,930
切得越来越小

37
00:01:35,950 --> 00:01:39,920
能不能切到最小

38
00:01:39,940 --> 00:01:43,450
最终得到碳的最小单位？

39
00:01:43,470 --> 00:01:45,620
如果继续将它切小

40
00:01:45,640 --> 00:01:47,940
它会不会失去碳的特性？

41
00:01:47,960 --> 00:01:49,840
问题的答案是肯定的

42
00:01:49,860 --> 00:01:51,930
因此 我们先来学习一个术语

43
00:01:51,950 --> 00:01:54,830
我们称这些不同的物质

44
00:01:54,850 --> 00:01:58,060
这些纯净的

45
00:01:58,080 --> 00:01:59,610
在某些温度下

46
00:01:59,630 --> 00:02:02,700
有特殊性质、有不同的反应的物质

47
00:02:02,720 --> 00:02:05,200
我们称之为元素

48
00:02:05,220 --> 00:02:08,640
碳是一种元素 铅是一种元素 金亦是一种元素

49
00:02:08,660 --> 00:02:12,720
你或许会认为水是一种元素 而且在历史的长河中

50
00:02:12,740 --> 00:02:14,660
古人也曾称水为元素

51
00:02:14,680 --> 00:02:18,070
但现在我们知道 水是由更为基本的元素组成的

52
00:02:18,090 --> 00:02:20,870
它是由氧元素和氢元素所组成

53
00:02:20,890 --> 00:02:23,270
现今发现的所有元素

54
00:02:23,290 --> 00:02:27,370
都列在元素周期表上

55
00:02:27,400 --> 00:02:29,350
C代表碳

56
00:02:29,380 --> 00:02:30,570
下面我只介绍一下

57
00:02:30,660 --> 00:02:32,500
几种较为常用的元素

58
00:02:32,530 --> 00:02:33,620
随着时间的推移

59
00:02:33,690 --> 00:02:35,440
你或许会熟悉所有这些元素

60
00:02:35,470 --> 00:02:39,330
这是氧元素 这是氮元素 这是硅元素

61
00:02:39,350 --> 00:02:43,170
这是Au――金 这是铅

62
00:02:43,190 --> 00:02:51,890
然而 这些元素的最基本单位都是原子

63
00:02:51,910 --> 00:02:55,450
所以 如果你不断地拆分它

64
00:02:55,480 --> 00:02:57,150
把它拆得越来越小

65
00:02:57,180 --> 00:02:59,690
最终你会得到一个碳原子

66
00:02:59,720 --> 00:03:00,970
对金做同样的事

67
00:03:01,030 --> 00:03:02,780
最终你会得到一个金原子

68
00:03:02,800 --> 00:03:04,020
同样 对铅做相同的事

69
00:03:04,040 --> 00:03:05,890
最终你会得到一些很小的

70
00:03:05,910 --> 00:03:09,460
用一个比粒子更好的词 我们可以称之为铅原子

71
00:03:09,480 --> 00:03:11,500
然后就不能再将其

72
00:03:11,520 --> 00:03:13,820
拆分成更小的“铅”了

73
00:03:13,840 --> 00:03:17,050
它不再会拥有铅的性质

74
00:03:17,080 --> 00:03:18,580
坦白说

75
00:03:18,610 --> 00:03:20,410
这真是一些太难以想象了

76
00:03:20,430 --> 00:03:24,200
原子真是难以置信的小

77
00:03:24,220 --> 00:03:27,100
难以想象的小 举个例子 碳原子

78
00:03:27,110 --> 00:03:29,750
我的头发也是由碳原子构成的

79
00:03:29,770 --> 00:03:32,130
事实上 我身体的很大一部分都是由碳原子构成的

80
00:03:32,150 --> 00:03:36,270
事实上 大部分的生物都是由碳原子构成的

81
00:03:36,290 --> 00:03:40,310
所以 如果你把我的头发。。。 当然我的头发是碳

82
00:03:40,330 --> 00:03:42,410
我的头发绝大部分都是碳

83
00:03:42,430 --> 00:03:45,120
所以 如果把我的头发放在这 我的头发不是黄色的

84
00:03:45,150 --> 00:03:46,830
但它和黑色形成了很好的对比

85
00:03:46,850 --> 00:03:48,450
我的头发是黑色的 不过就算我把头发放在这里

86
00:03:48,470 --> 00:03:49,770
你们在屏幕上也看不到

87
00:03:49,780 --> 00:03:51,550
但是如果把我的头发放在这里

88
00:03:51,570 --> 00:03:55,220
我会问 我的头发有多少个碳原子宽？

89
00:03:55,240 --> 00:03:57,640
如果给我的头发丝做一个横截面

90
00:03:57,670 --> 00:04:00,070
不是纵切 是横着切

91
00:04:00,100 --> 00:04:02,830
有多少个碳原子那么宽呢？

92
00:04:02,850 --> 00:04:07,560
你或许会猜 Sal已经告诉过我了 它很小很小

93
00:04:07,580 --> 00:04:09,310
所以 有一千个碳原子？

94
00:04:09,320 --> 00:04:10,810
或一万个？ 或十万个？

95
00:04:10,840 --> 00:04:14,850
但我的回答是 错！ 它有一百万个碳原子

96
00:04:16,180 --> 00:04:17,490
如果你把一百万个碳原子排成一列

97
00:04:17,510 --> 00:04:21,550
就可以得到人类头发丝的平均直径

98
00:04:21,570 --> 00:04:24,280
这显然是一个近似值 它不是精确的一百万

99
00:04:24,300 --> 00:04:26,980
不过它可以让你感觉到原子是多么的小

100
00:04:27,010 --> 00:04:29,370
拔一根头发 然后试着想象一下

101
00:04:29,400 --> 00:04:34,700
头发丝中并排放置一百万个小东西

102
00:04:34,730 --> 00:04:37,640
不是顺着头发 而是头发的宽度

103
00:04:37,670 --> 00:04:39,300
我们甚至很难观测到头发的直径

104
00:04:39,320 --> 00:04:42,770
更何况是一百万个碳原子 仅是它的直径

105
00:04:42,790 --> 00:04:47,500
这本身就很酷

106
00:04:47,530 --> 00:04:51,690
我们知道 碳原子是碳最基础的组成部分

107
00:04:51,710 --> 00:04:53,980
原子是所有元素最基础的单位

108
00:04:54,000 --> 00:04:57,460
但更为整洁的是 那些最基本的单位――原子

109
00:04:57,480 --> 00:04:58,630
是相互关联的

110
00:04:58,650 --> 00:05:02,920
一个碳原子是由更为简单的粒子所组成的

111
00:05:02,950 --> 00:05:07,660
一个金原子也是由更为简单的粒子所组成的

112
00:05:07,680 --> 00:05:09,960
它们实际上是

113
00:05:09,980 --> 00:05:12,860
由这些基本粒子的排列方式来确定的

114
00:05:12,880 --> 00:05:14,580
如果你要去改变这些基本粒子的数量

115
00:05:14,600 --> 00:05:16,690
改变这最基本的粒子的原有个数 你可以

116
00:05:16,710 --> 00:05:19,220
改变这种原子的特性 以及它发生的反应

117
00:05:19,240 --> 00:05:22,480
甚至可能改变元素的种类

118
00:05:22,510 --> 00:05:25,040
试着好好的理解

119
00:05:25,060 --> 00:05:27,600
让我们先来聊聊那些更基本的粒子

120
00:05:27,620 --> 00:05:33,160
首先是质子

121
00:05:33,180 --> 00:05:35,090
质子实际上有决定性的意义

122
00:05:35,110 --> 00:05:38,380
原子核里的质子数量

123
00:05:38,400 --> 00:05:40,250
等会我们再聊聊原子核

124
00:05:40,270 --> 00:05:42,460
这就是决定元素种类的东西

125
00:05:42,480 --> 00:05:44,760
决定元素种类的东西

126
00:05:44,780 --> 00:05:47,720
当你看这里这张元素周期表时

127
00:05:47,740 --> 00:05:50,400
它们实际上是按照原子序数排列的

128
00:05:50,420 --> 00:05:52,150
原子序数 实际上

129
00:05:52,170 --> 00:05:54,760
就是这种元素的质子数

130
00:05:54,780 --> 00:05:58,540
根据定义 氢原子有1个质子

131
00:05:58,560 --> 00:06:02,650
氦原子有2个质子 钙原子有6个质子

132
00:06:02,670 --> 00:06:05,340
你找不到有7个质子的碳原子

133
00:06:05,360 --> 00:06:08,800
如果你真找到了 那它就是氮原子 不是碳原子了

134
00:06:08,820 --> 00:06:10,810
氧原子有8个质子

135
00:06:10,830 --> 00:06:12,640
如果你通过某种方式给它加1个质子

136
00:06:12,660 --> 00:06:16,510
它就不再是氧了 它会变成氟

137
00:06:16,530 --> 00:06:17,970
所以 质子数决定了元素

138
00:06:17,990 --> 00:06:20,060
质子数决定了元素

139
00:06:20,080 --> 00:06:22,990
原子序数 也就是质子的数量

140
00:06:23,010 --> 00:06:26,190
质子的数量――记住 是它的数量

141
00:06:26,220 --> 00:06:27,820
写在最上方的这里

142
00:06:27,840 --> 00:06:30,020
写在元素周期表上的每个元素的上方

143
00:06:30,040 --> 00:06:33,010
质子数等于原子序数

144
00:06:33,030 --> 00:06:36,830
质子数是等于原子序数的

145
00:06:36,840 --> 00:06:38,300
原子序数写在这上面

146
00:06:38,320 --> 00:06:41,210
因为它能确定一种元素

147
00:06:41,230 --> 00:06:45,900
原子的另外两种组成部分

148
00:06:45,920 --> 00:06:47,500
我想我们可以直接用术语来说

149
00:06:47,520 --> 00:06:55,080
是电子和中子

150
00:06:55,100 --> 00:06:57,730
然后 你可以自己在脑袋里搭建一个原子模型

151
00:06:57,750 --> 00:07:00,690
这个模型 在我们学习化学的过程中会发现

152
00:07:00,710 --> 00:07:02,960
它会变得更加抽象

153
00:07:02,980 --> 00:07:05,040
真的很难给它一个概念

154
00:07:05,060 --> 00:07:07,310
但是我们可以先来想象

155
00:07:07,330 --> 00:07:09,800
在原子的中心是质子和中子

156
00:07:09,820 --> 00:07:11,270
它们构成一个原子的原子核

157
00:07:11,290 --> 00:07:14,750
比如说碳原子 我们知道有6个质子

158
00:07:14,770 --> 00:07:18,190
所以一、二、三、四、五、六

159
00:07:18,210 --> 00:07:22,370
碳12 是其中一种碳原子

160
00:07:22,390 --> 00:07:24,130
它有6个中子

161
00:07:24,150 --> 00:07:26,030
你会发现碳原子有很多种类

162
00:07:26,050 --> 00:07:27,900
它们的不同 在于它们的中子数不同

163
00:07:27,920 --> 00:07:30,150
所以中子数可以不同 电子数也可以不同

164
00:07:30,170 --> 00:07:31,920
改变之后它还是相同的元素

165
00:07:31,950 --> 00:07:33,310
只有质子数不能变

166
00:07:33,330 --> 00:07:36,110
只要质子数一改变 你就会得到不同的元素

167
00:07:36,130 --> 00:07:39,140
所以 让我来画个碳12的原子核

168
00:07:39,160 --> 00:07:42,960
一、二、三、四、五、六

169
00:07:42,980 --> 00:07:46,580
所以 这就是碳12的原子核

170
00:07:46,600 --> 00:07:48,270
有时候可以写成这样

171
00:07:48,300 --> 00:07:51,810
有时候会在下面标上数字

172
00:07:51,830 --> 00:07:53,760
这个数字也就是质子的数量

173
00:07:53,780 --> 00:07:56,320
所以说称之为碳12的原因就是――

174
00:07:56,340 --> 00:07:58,940
这里有6个中子

175
00:07:58,960 --> 00:08:00,460
12是一个总数

176
00:08:00,490 --> 00:08:03,630
你可以把它看作

177
00:08:03,660 --> 00:08:04,730
一种研究这粒子的方式

178
00:08:04,750 --> 00:08:06,550
这个数值的不同 在将来的课程中会有细微的差别

179
00:08:06,580 --> 00:08:07,760
这是原子核中

180
00:08:07,780 --> 00:08:12,050
质子和中子的总数

181
00:08:12,070 --> 00:08:14,940
碳的原子序数是6

182
00:08:14,960 --> 00:08:18,440
我们可以写在这里提醒自己

183
00:08:18,460 --> 00:08:21,400
所以在碳原子的中心 这个原子核

184
00:08:21,420 --> 00:08:24,560
碳12有6个质子和6个中子

185
00:08:24,580 --> 00:08:27,150
而另一种碳原子 碳14

186
00:08:27,180 --> 00:08:28,500
仍有6个质子

187
00:08:28,520 --> 00:08:30,900
不过有8个中子

188
00:08:30,920 --> 00:08:32,620
中子的数量是可以不同的

189
00:08:32,650 --> 00:08:34,290
这个是碳12

190
00:08:34,310 --> 00:08:36,810
如果这个碳12是中性的

191
00:08:36,830 --> 00:08:40,510
我等会也会在这里做些细微的改变

192
00:08:40,530 --> 00:08:43,340
如果它是中性的 它还会有6个电子

193
00:08:43,370 --> 00:08:45,300
让我来画那6个电子

194
00:08:45,320 --> 00:08:49,430
一、二、三、四、五、六

195
00:08:49,450 --> 00:08:52,670
第一点我们会想到的是

196
00:08:52,690 --> 00:08:56,780
电子和质子的关系

197
00:08:56,800 --> 00:08:58,870
你可以想象这些电子

198
00:08:58,890 --> 00:09:02,870
像蜜蜂一样在原子核周围转圈

199
00:09:02,890 --> 00:09:05,330
有一种模型是 你可以想象它们

200
00:09:05,360 --> 00:09:08,180
像行星一样绕着原子核运动 但是这并不完全正确

201
00:09:08,200 --> 00:09:10,370
它们不会像行星一样按着特定的轨道运行

202
00:09:10,390 --> 00:09:11,720
像太阳系的行星绕着太阳运行那样

203
00:09:11,740 --> 00:09:14,060
不过那是很好的想象的起点

204
00:09:14,080 --> 00:09:16,660
另外它们还会在原子核周围跳来跳去

205
00:09:16,690 --> 00:09:18,320
或者说它们在原子核周围乱动

206
00:09:18,340 --> 00:09:20,540
这是事实

207
00:09:20,560 --> 00:09:22,110
虽然在这个层面上显得特别古怪

208
00:09:22,130 --> 00:09:23,950
实际上 我们要学习量子物理学

209
00:09:23,970 --> 00:09:26,610
才能真正理解这些电子的运动

210
00:09:26,630 --> 00:09:29,260
不过你脑袋里第一个物质模型

211
00:09:29,290 --> 00:09:32,510
就是在碳12原子的中心

212
00:09:32,520 --> 00:09:34,250
有这个原子核

213
00:09:34,270 --> 00:09:36,900
在这里 有这个原子核

214
00:09:36,920 --> 00:09:40,830
然后这些电子在原子核周围跳来跳去

215
00:09:40,850 --> 00:09:42,620
这些电子之所以

216
00:09:42,640 --> 00:09:45,470
不会远离原子核

217
00:09:45,490 --> 00:09:47,700
它们像是被束缚在原子核周围的原因

218
00:09:47,720 --> 00:09:49,380
让它们构成了原子一部分的原因

219
00:09:49,400 --> 00:09:52,040
就是 质子带正电荷

220
00:09:52,060 --> 00:09:57,870
质子带正电荷 而电子带负电荷

221
00:09:57,890 --> 00:10:02,400
这是这些粒子的性质之一

222
00:10:02,420 --> 00:10:03,400
如果你开始思考

223
00:10:03,420 --> 00:10:05,450
为什么是电荷而不是中子数？

224
00:10:05,470 --> 00:10:06,940
那么也就开始深入这个问题了

225
00:10:06,960 --> 00:10:08,770
不过我们熟悉的是

226
00:10:08,790 --> 00:10:10,620
电磁力

227
00:10:10,640 --> 00:10:13,190
例如正负电荷彼此吸引

228
00:10:13,210 --> 00:10:16,540
所以最佳的想法就是：质子和电子

229
00:10:16,560 --> 00:10:18,250
因为带有不同的电荷

230
00:10:18,270 --> 00:10:21,350
它们互相吸引 而中子是电中性的

231
00:10:21,370 --> 00:10:25,100
所以它们只是老实呆在原子核里

232
00:10:25,120 --> 00:10:28,260
对于某些元素来说 中子数确实会

233
00:10:28,280 --> 00:10:33,160
在某种程度上影响这种物质的特性

234
00:10:33,180 --> 00:10:36,270
不过电子不会飞离原子核的真正原因是

235
00:10:36,300 --> 00:10:38,870
电子和质子是相互吸引的

236
00:10:38,890 --> 00:10:42,250
电子被原子核吸引

237
00:10:42,260 --> 00:10:45,260
另外 电子还拥有快得难以置信的速度

238
00:10:45,280 --> 00:10:48,520
这对于我们初学者来说也是很难理解的

239
00:10:48,540 --> 00:10:52,410
要讲电子在做怎样的运动的话

240
00:10:52,430 --> 00:10:55,510
得扯到很深的物理知识――不过已经足够了

241
00:10:55,530 --> 00:10:58,040
知道它在原子和周围乱跳就足够啦

242
00:10:58,060 --> 00:11:00,740
因为它们不想被原子核吸进去

243
00:11:00,770 --> 00:11:03,110
我想这是一种解释方法

244
00:11:03,130 --> 00:11:08,340
另外 我刚刚提到了碳12

245
00:11:08,370 --> 00:11:10,040
元素种类由质子数决定

246
00:11:10,060 --> 00:11:12,600
氧原子是有8个质子的原子

247
00:11:12,630 --> 00:11:16,530
不过再次提醒 电子也会相互作用

248
00:11:16,560 --> 00:11:18,980
它们也有可能被其它原子拐走

249
00:11:19,000 --> 00:11:23,090
这实际上构成了大部分的化学理论

250
00:11:23,120 --> 00:11:26,250
例如一个原子有多少个电子

251
00:11:26,270 --> 00:11:27,850
或是某种元素有多少个电子

252
00:11:27,880 --> 00:11:29,600
以及这些电子的排列方式

253
00:11:29,620 --> 00:11:34,070
以及其他元素的电子的排列方式

254
00:11:34,090 --> 00:11:36,250
或者这种元素的其他原子

255
00:11:36,280 --> 00:11:41,220
由此我们可以推测 一种元素的一个原子

256
00:11:41,240 --> 00:11:43,260
可以怎么和同种元素的其他原子反应

257
00:11:43,280 --> 00:11:47,090
或者一种元素的一个原子 是怎么反应的

258
00:11:47,100 --> 00:11:49,870
或者它怎么被约束、游离、被吸引

259
00:11:49,900 --> 00:11:52,300
或排斥另一种元素的另一个原子

260
00:11:52,320 --> 00:11:55,840
我们在以后也会学到更多这方面的知识

261
00:11:55,860 --> 00:11:59,730
举个例子 在某个地方的另一个原子

262
00:11:59,760 --> 00:12:02,820
因为某种原因

263
00:12:02,840 --> 00:12:05,370
可能一下子就把碳原子的电子给拐走了

264
00:12:05,390 --> 00:12:10,740
我们将会谈论某些元素的中性原子

265
00:12:10,760 --> 00:12:13,990
它相对其他元素的中性原子对电子有更大的亲和力

266
00:12:14,020 --> 00:12:16,880
所以 也许就是其中一个这样的原子从碳原子里夺走了一个电子

267
00:12:16,900 --> 00:12:21,490
那么这个碳的电子数就会少于它的质子数

268
00:12:21,510 --> 00:12:25,090
也就是有5个电子6个质子

269
00:12:25,110 --> 00:12:27,820
然后就会带1个正电荷

270
00:12:27,840 --> 00:12:30,340
所以在这个碳12里 我最初画的这个碳原子

271
00:12:30,360 --> 00:12:34,140
有6个质子、6个电子 电荷正好抵消了

272
00:12:34,160 --> 00:12:36,990
如果它失去1个电子 那么只有5个电子

273
00:12:37,010 --> 00:12:38,990
那么它就会有1个正电荷

274
00:12:39,010 --> 00:12:41,660
在整个化学课程中

275
00:12:41,680 --> 00:12:43,160
我们还会谈论到更多有关这些的知识

276
00:12:43,180 --> 00:12:44,500
不过很高兴

277
00:12:44,520 --> 00:12:47,800
这些知识已经开始变得相当有趣

278
00:12:47,820 --> 00:12:52,990
我们已经讲到了 作为基本单位的原子

279
00:12:53,010 --> 00:12:55,720
竟然是由更小的粒子组成的

280
00:12:55,740 --> 00:12:58,610
是由更小的粒子组成的

281
00:12:58,630 --> 00:13:01,170
这些东西都可以互相交换

282
00:13:01,190 --> 00:13:05,070
改变一个原子的特性 甚至从一种元素的一个原子

283
00:13:05,090 --> 00:13:07,460
变成另一种元素的另一个原子