WEBVTT

00:00:00.000 --> 00:00:03.100
人类早已知晓

00:00:03.120 --> 00:00:05.820
只需留意周遭的环境

00:00:05.840 --> 00:00:07.070
就会发现不同的物质

00:00:07.090 --> 00:00:10.200
这些不同的物质 往往会有不同的性质

00:00:10.220 --> 00:00:11.640
不仅仅是性质不同

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

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

00:00:17.740 --> 00:00:20.260
变成液体、气体、固体

00:00:20.280 --> 00:00:22.080
但我们也开始观察

00:00:22.100 --> 00:00:24.560
它们是如何在某些情况下相互反应的

00:00:24.580 --> 00:00:27.570
这里有几张这些物质的照片

00:00:27.600 --> 00:00:31.470
这张是在石墨形态下的碳的照片

00:00:31.490 --> 00:00:35.670
这里这张是铅 这张是金

00:00:35.690 --> 00:00:37.490
我做了标记的这些照片

00:00:37.510 --> 00:00:39.130
也就是在此给大家展示的图片

00:00:39.140 --> 00:00:41.410
都是我在这个网址里找到的

00:00:41.430 --> 00:00:44.650
这些都是在固态下的照片

00:00:44.670 --> 00:00:47.270
不过我们也知道 某种空气

00:00:47.290 --> 00:00:49.440
某些空气粒子

00:00:49.460 --> 00:00:51.820
当所观察的空气粒子的类型不同

00:00:51.840 --> 00:00:55.650
例如碳、氧、氮

00:00:55.670 --> 00:00:57.780
它们的性质都有所不同

00:00:57.800 --> 00:00:59.750
或者是其他的东西 比如液体

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

00:01:02.310 --> 00:01:05.560
例如 将金或铅的温度提到足够高

00:01:05.590 --> 00:01:08.120
你就能得到液态的金或铅 又或者

00:01:08.140 --> 00:01:12.210
如果把碳燃烧 就可以将它转化为气态

00:01:12.230 --> 00:01:13.570
还可以将其释放到大气中

00:01:13.680 --> 00:01:14.960
还可以打破它的结构

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

00:01:17.750 --> 00:01:20.840
观察得来的知识

00:01:20.860 --> 00:01:22.510
但是 这指向了一个自然问题

00:01:22.530 --> 00:01:24.580
很久以前 这是一个哲学问题

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

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

00:01:31.200 --> 00:01:35.930
切得越来越小

00:01:35.950 --> 00:01:39.920
能不能切到最小

00:01:39.940 --> 00:01:43.450
最终得到碳的最小单位？

00:01:43.470 --> 00:01:45.620
如果继续将它切小

00:01:45.640 --> 00:01:47.940
它会不会失去碳的特性？

00:01:47.960 --> 00:01:49.840
问题的答案是肯定的

00:01:49.860 --> 00:01:51.930
因此 我们先来学习一个术语

00:01:51.950 --> 00:01:54.830
我们称这些不同的物质

00:01:54.850 --> 00:01:58.060
这些纯净的

00:01:58.080 --> 00:01:59.610
在某些温度下

00:01:59.630 --> 00:02:02.700
有特殊性质、有不同的反应的物质

00:02:02.720 --> 00:02:05.200
我们称之为元素

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

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

00:02:12.740 --> 00:02:14.660
古人也曾称水为元素

NOTE Paragraph

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

00:02:18.090 --> 00:02:20.870
它是由氧元素和氢元素所组成

00:02:20.890 --> 00:02:23.270
现今发现的所有元素

00:02:23.290 --> 00:02:27.370
都列在元素周期表上

00:02:27.400 --> 00:02:29.350
C代表碳

00:02:29.380 --> 00:02:30.570
下面我只介绍一下

00:02:30.660 --> 00:02:32.500
几种较为常用的元素

00:02:32.530 --> 00:02:33.620
随着时间的推移

00:02:33.690 --> 00:02:35.440
你或许会熟悉所有这些元素

00:02:35.470 --> 00:02:39.330
这是氧元素 这是氮元素 这是硅元素

00:02:39.350 --> 00:02:43.170
这是Au――金 这是铅

00:02:43.190 --> 00:02:51.890
然而 这些元素的最基本单位都是原子

00:02:51.910 --> 00:02:55.450
所以 如果你不断地拆分它

00:02:55.480 --> 00:02:57.150
把它拆得越来越小

00:02:57.180 --> 00:02:59.690
最终你会得到一个碳原子

00:02:59.720 --> 00:03:00.970
对金做同样的事

00:03:01.030 --> 00:03:02.780
最终你会得到一个金原子

00:03:02.800 --> 00:03:04.020
同样 对铅做相同的事

00:03:04.040 --> 00:03:05.890
最终你会得到一些很小的

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

00:03:09.480 --> 00:03:11.500
然后就不能再将其

00:03:11.520 --> 00:03:13.820
拆分成更小的“铅”了

00:03:13.840 --> 00:03:17.050
它不再会拥有铅的性质

00:03:17.080 --> 00:03:18.580
坦白说

00:03:18.610 --> 00:03:20.410
这真是一些太难以想象了

00:03:20.430 --> 00:03:24.200
原子真是难以置信的小

00:03:24.220 --> 00:03:27.100
难以想象的小 举个例子 碳原子

00:03:27.110 --> 00:03:29.750
我的头发也是由碳原子构成的

NOTE Paragraph

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

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

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

00:03:40.330 --> 00:03:42.410
我的头发绝大部分都是碳

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

00:03:45.150 --> 00:03:46.830
但它和黑色形成了很好的对比

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

00:03:48.470 --> 00:03:49.770
你们在屏幕上也看不到

00:03:49.780 --> 00:03:51.550
但是如果把我的头发放在这里

00:03:51.570 --> 00:03:55.220
我会问 我的头发有多少个碳原子宽？

00:03:55.240 --> 00:03:57.640
如果给我的头发丝做一个横截面

00:03:57.670 --> 00:04:00.070
不是纵切 是横着切

00:04:00.100 --> 00:04:02.830
有多少个碳原子那么宽呢？

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

00:04:07.580 --> 00:04:09.310
所以 有一千个碳原子？

00:04:09.320 --> 00:04:10.810
或一万个？ 或十万个？

00:04:10.840 --> 00:04:14.850
但我的回答是 错！ 它有一百万个碳原子

NOTE Paragraph

00:04:16.180 --> 00:04:17.490
如果你把一百万个碳原子排成一列

00:04:17.510 --> 00:04:21.550
就可以得到人类头发丝的平均直径

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

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

00:04:27.010 --> 00:04:29.370
拔一根头发 然后试着想象一下

00:04:29.400 --> 00:04:34.700
头发丝中并排放置一百万个小东西

00:04:34.730 --> 00:04:37.640
不是顺着头发 而是头发的宽度

00:04:37.670 --> 00:04:39.300
我们甚至很难观测到头发的直径

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

00:04:42.790 --> 00:04:47.500
这本身就很酷

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

00:04:51.710 --> 00:04:53.980
原子是所有元素最基础的单位

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

00:04:57.480 --> 00:04:58.630
是相互关联的

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

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

00:05:07.680 --> 00:05:09.960
它们实际上是

00:05:09.980 --> 00:05:12.860
由这些基本粒子的排列方式来确定的

00:05:12.880 --> 00:05:14.580
如果你要去改变这些基本粒子的数量

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

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

00:05:19.240 --> 00:05:22.480
甚至可能改变元素的种类

00:05:22.510 --> 00:05:25.040
试着好好的理解

00:05:25.060 --> 00:05:27.600
让我们先来聊聊那些更基本的粒子

00:05:27.620 --> 00:05:33.160
首先是质子

00:05:33.180 --> 00:05:35.090
质子实际上有决定性的意义

00:05:35.110 --> 00:05:38.380
原子核里的质子数量

00:05:38.400 --> 00:05:40.250
等会我们再聊聊原子核

00:05:40.270 --> 00:05:42.460
这就是决定元素种类的东西

00:05:42.480 --> 00:05:44.760
决定元素种类的东西

00:05:44.780 --> 00:05:47.720
当你看这里这张元素周期表时

00:05:47.740 --> 00:05:50.400
它们实际上是按照原子序数排列的

00:05:50.420 --> 00:05:52.150
原子序数 实际上

00:05:52.170 --> 00:05:54.760
就是这种元素的质子数

00:05:54.780 --> 00:05:58.540
根据定义 氢原子有1个质子

00:05:58.560 --> 00:06:02.650
氦原子有2个质子 钙原子有6个质子

00:06:02.670 --> 00:06:05.340
你找不到有7个质子的碳原子

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

00:06:08.820 --> 00:06:10.810
氧原子有8个质子

00:06:10.830 --> 00:06:12.640
如果你通过某种方式给它加1个质子

00:06:12.660 --> 00:06:16.510
它就不再是氧了 它会变成氟

00:06:16.530 --> 00:06:17.970
所以 质子数决定了元素

00:06:17.990 --> 00:06:20.060
质子数决定了元素

00:06:20.080 --> 00:06:22.990
原子序数 也就是质子的数量

00:06:23.010 --> 00:06:26.190
质子的数量――记住 是它的数量

00:06:26.220 --> 00:06:27.820
写在最上方的这里

00:06:27.840 --> 00:06:30.020
写在元素周期表上的每个元素的上方

00:06:30.040 --> 00:06:33.010
质子数等于原子序数

00:06:33.030 --> 00:06:36.830
质子数是等于原子序数的

00:06:36.840 --> 00:06:38.300
原子序数写在这上面

00:06:38.320 --> 00:06:41.210
因为它能确定一种元素

00:06:41.230 --> 00:06:45.900
原子的另外两种组成部分

00:06:45.920 --> 00:06:47.500
我想我们可以直接用术语来说

00:06:47.520 --> 00:06:55.080
是电子和中子

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

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

00:07:00.710 --> 00:07:02.960
它会变得更加抽象

00:07:02.980 --> 00:07:05.040
真的很难给它一个概念

00:07:05.060 --> 00:07:07.310
但是我们可以先来想象

00:07:07.330 --> 00:07:09.800
在原子的中心是质子和中子

00:07:09.820 --> 00:07:11.270
它们构成一个原子的原子核

00:07:11.290 --> 00:07:14.750
比如说碳原子 我们知道有6个质子

00:07:14.770 --> 00:07:18.190
所以一、二、三、四、五、六

00:07:18.210 --> 00:07:22.370
碳12 是其中一种碳原子

00:07:22.390 --> 00:07:24.130
它有6个中子

00:07:24.150 --> 00:07:26.030
你会发现碳原子有很多种类

00:07:26.050 --> 00:07:27.900
它们的不同 在于它们的中子数不同

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

00:07:30.170 --> 00:07:31.920
改变之后它还是相同的元素

00:07:31.950 --> 00:07:33.310
只有质子数不能变

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

00:07:36.130 --> 00:07:39.140
所以 让我来画个碳12的原子核

00:07:39.160 --> 00:07:42.960
一、二、三、四、五、六

00:07:42.980 --> 00:07:46.580
所以 这就是碳12的原子核

00:07:46.600 --> 00:07:48.270
有时候可以写成这样

00:07:48.300 --> 00:07:51.810
有时候会在下面标上数字

00:07:51.830 --> 00:07:53.760
这个数字也就是质子的数量

00:07:53.780 --> 00:07:56.320
所以说称之为碳12的原因就是――

00:07:56.340 --> 00:07:58.940
这里有6个中子

00:07:58.960 --> 00:08:00.460
12是一个总数

00:08:00.490 --> 00:08:03.630
你可以把它看作

00:08:03.660 --> 00:08:04.730
一种研究这粒子的方式

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

00:08:06.580 --> 00:08:07.760
这是原子核中

00:08:07.780 --> 00:08:12.050
质子和中子的总数

00:08:12.070 --> 00:08:14.940
碳的原子序数是6

00:08:14.960 --> 00:08:18.440
我们可以写在这里提醒自己

00:08:18.460 --> 00:08:21.400
所以在碳原子的中心 这个原子核

00:08:21.420 --> 00:08:24.560
碳12有6个质子和6个中子

00:08:24.580 --> 00:08:27.150
而另一种碳原子 碳14

00:08:27.180 --> 00:08:28.500
仍有6个质子

00:08:28.520 --> 00:08:30.900
不过有8个中子

00:08:30.920 --> 00:08:32.620
中子的数量是可以不同的

00:08:32.650 --> 00:08:34.290
这个是碳12

00:08:34.310 --> 00:08:36.810
如果这个碳12是中性的

00:08:36.830 --> 00:08:40.510
我等会也会在这里做些细微的改变

00:08:40.530 --> 00:08:43.340
如果它是中性的 它还会有6个电子

00:08:43.370 --> 00:08:45.300
让我来画那6个电子

00:08:45.320 --> 00:08:49.430
一、二、三、四、五、六

00:08:49.450 --> 00:08:52.670
第一点我们会想到的是

00:08:52.690 --> 00:08:56.780
电子和质子的关系

00:08:56.800 --> 00:08:58.870
你可以想象这些电子

00:08:58.890 --> 00:09:02.870
像蜜蜂一样在原子核周围转圈

00:09:02.890 --> 00:09:05.330
有一种模型是 你可以想象它们

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

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

00:09:10.390 --> 00:09:11.720
像太阳系的行星绕着太阳运行那样

00:09:11.740 --> 00:09:14.060
不过那是很好的想象的起点

00:09:14.080 --> 00:09:16.660
另外它们还会在原子核周围跳来跳去

00:09:16.690 --> 00:09:18.320
或者说它们在原子核周围乱动

00:09:18.340 --> 00:09:20.540
这是事实

00:09:20.560 --> 00:09:22.110
虽然在这个层面上显得特别古怪

00:09:22.130 --> 00:09:23.950
实际上 我们要学习量子物理学

00:09:23.970 --> 00:09:26.610
才能真正理解这些电子的运动

00:09:26.630 --> 00:09:29.260
不过你脑袋里第一个物质模型

00:09:29.290 --> 00:09:32.510
就是在碳12原子的中心

00:09:32.520 --> 00:09:34.250
有这个原子核

00:09:34.270 --> 00:09:36.900
在这里 有这个原子核

00:09:36.920 --> 00:09:40.830
然后这些电子在原子核周围跳来跳去

00:09:40.850 --> 00:09:42.620
这些电子之所以

00:09:42.640 --> 00:09:45.470
不会远离原子核

00:09:45.490 --> 00:09:47.700
它们像是被束缚在原子核周围的原因

00:09:47.720 --> 00:09:49.380
让它们构成了原子一部分的原因

00:09:49.400 --> 00:09:52.040
就是 质子带正电荷

00:09:52.060 --> 00:09:57.870
质子带正电荷 而电子带负电荷

00:09:57.890 --> 00:10:02.400
这是这些粒子的性质之一

00:10:02.420 --> 00:10:03.400
如果你开始思考

00:10:03.420 --> 00:10:05.450
为什么是电荷而不是中子数？

00:10:05.470 --> 00:10:06.940
那么也就开始深入这个问题了

00:10:06.960 --> 00:10:08.770
不过我们熟悉的是

00:10:08.790 --> 00:10:10.620
电磁力

00:10:10.640 --> 00:10:13.190
例如正负电荷彼此吸引

00:10:13.210 --> 00:10:16.540
所以最佳的想法就是：质子和电子

00:10:16.560 --> 00:10:18.250
因为带有不同的电荷

00:10:18.270 --> 00:10:21.350
它们互相吸引 而中子是电中性的

00:10:21.370 --> 00:10:25.100
所以它们只是老实呆在原子核里

00:10:25.120 --> 00:10:28.260
对于某些元素来说 中子数确实会

00:10:28.280 --> 00:10:33.160
在某种程度上影响这种物质的特性

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

00:10:36.300 --> 00:10:38.870
电子和质子是相互吸引的

00:10:38.890 --> 00:10:42.250
电子被原子核吸引

00:10:42.260 --> 00:10:45.260
另外 电子还拥有快得难以置信的速度

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

00:10:48.540 --> 00:10:52.410
要讲电子在做怎样的运动的话

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

00:10:55.530 --> 00:10:58.040
知道它在原子和周围乱跳就足够啦

00:10:58.060 --> 00:11:00.740
因为它们不想被原子核吸进去

00:11:00.770 --> 00:11:03.110
我想这是一种解释方法

00:11:03.130 --> 00:11:08.340
另外 我刚刚提到了碳12

00:11:08.370 --> 00:11:10.040
元素种类由质子数决定

NOTE Paragraph

00:11:10.060 --> 00:11:12.600
氧原子是有8个质子的原子

00:11:12.630 --> 00:11:16.530
不过再次提醒 电子也会相互作用

00:11:16.560 --> 00:11:18.980
它们也有可能被其它原子拐走

00:11:19.000 --> 00:11:23.090
这实际上构成了大部分的化学理论

00:11:23.120 --> 00:11:26.250
例如一个原子有多少个电子

00:11:26.270 --> 00:11:27.850
或是某种元素有多少个电子

00:11:27.880 --> 00:11:29.600
以及这些电子的排列方式

00:11:29.620 --> 00:11:34.070
以及其他元素的电子的排列方式

00:11:34.090 --> 00:11:36.250
或者这种元素的其他原子

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

00:11:41.240 --> 00:11:43.260
可以怎么和同种元素的其他原子反应

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

00:11:47.100 --> 00:11:49.870
或者它怎么被约束、游离、被吸引

00:11:49.900 --> 00:11:52.300
或排斥另一种元素的另一个原子

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

00:11:55.860 --> 00:11:59.730
举个例子 在某个地方的另一个原子

00:11:59.760 --> 00:12:02.820
因为某种原因

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

00:12:05.390 --> 00:12:10.740
我们将会谈论某些元素的中性原子

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

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

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

00:12:21.510 --> 00:12:25.090
也就是有5个电子6个质子

00:12:25.110 --> 00:12:27.820
然后就会带1个正电荷

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

00:12:30.360 --> 00:12:34.140
有6个质子、6个电子 电荷正好抵消了

NOTE Paragraph

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

00:12:37.010 --> 00:12:38.990
那么它就会有1个正电荷

00:12:39.010 --> 00:12:41.660
在整个化学课程中

00:12:41.680 --> 00:12:43.160
我们还会谈论到更多有关这些的知识

00:12:43.180 --> 00:12:44.500
不过很高兴

00:12:44.520 --> 00:12:47.800
这些知识已经开始变得相当有趣

00:12:47.820 --> 00:12:52.990
我们已经讲到了 作为基本单位的原子

00:12:53.010 --> 00:12:55.720
竟然是由更小的粒子组成的

00:12:55.740 --> 00:12:58.610
是由更小的粒子组成的

00:12:58.630 --> 00:13:01.170
这些东西都可以互相交换

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

00:13:05.090 --> 00:13:07.460
变成另一种元素的另一个原子