1
00:00:00,000 --> 00:00:03,100
人類早已知曉

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

3
00:00:05,840 --> 00:00:07,070
就會發現不同的物質

4
00:00:07,090 --> 00:00:10,200
這些不同的物質 往往會有不同的性質

5
00:00:10,220 --> 00:00:11,640
不僅僅是性質不同

6
00:00:11,670 --> 00:00:14,460
可能一種物質會以某種方式反射光 而另一種卻不能

7
00:00:14,490 --> 00:00:17,720
這種物質或有某種顏色 或在特定的溫度下

8
00:00:17,740 --> 00:00:20,260
變成液體、氣體、固體

9
00:00:20,280 --> 00:00:22,080
但我們也開始觀察

10
00:00:22,100 --> 00:00:24,560
它們是如何在某些情況下相互反應的

11
00:00:24,580 --> 00:00:27,570
這裡有幾張這些物質的照片

12
00:00:27,600 --> 00:00:31,470
這張是在石墨形態下的碳的照片

13
00:00:31,490 --> 00:00:35,670
這裡這張是鉛 這張是金

14
00:00:35,690 --> 00:00:37,490
我做了標記的這些照片

15
00:00:37,510 --> 00:00:39,130
也就是在此給大家展示的圖片

16
00:00:39,140 --> 00:00:41,410
都是我在這個網址裏找到的

17
00:00:41,430 --> 00:00:44,650
這些都是在固態下的照片

18
00:00:44,670 --> 00:00:47,270
不過我們也知道 某種空氣

19
00:00:47,290 --> 00:00:49,440
某些空氣粒子

20
00:00:49,460 --> 00:00:51,820
當所觀察的空氣粒子的類型不同

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

22
00:00:55,670 --> 00:00:57,780
它們的性質都有所不同

23
00:00:57,800 --> 00:00:59,750
或者是其他的東西 比如液體

24
00:00:59,770 --> 00:01:02,290
可能只需將這些物質的溫度提到足夠的高

25
00:01:02,310 --> 00:01:05,560
例如 將金或鉛的溫度提到足夠高

26
00:01:05,590 --> 00:01:08,120
你就能得到液態的金或鉛 又或者

27
00:01:08,140 --> 00:01:12,210
如果把碳燃燒 就可以將它轉化爲氣態

28
00:01:12,230 --> 00:01:13,570
還可以將其釋放到大氣中

29
00:01:13,680 --> 00:01:14,960
還可以打破它的結構

30
00:01:14,990 --> 00:01:17,720
這些是我們人類上千年來 通過各種方法

31
00:01:17,750 --> 00:01:20,840
觀察得來的知識

32
00:01:20,860 --> 00:01:22,510
但是 這指向了一個自然問題

33
00:01:22,530 --> 00:01:24,580
很久以前 這是一個哲學問題

34
00:01:24,610 --> 00:01:26,630
不過我們現在可以更好地回答這個問題了

35
00:01:26,650 --> 00:01:31,150
這個問題就是 如果你不斷將一塊固體碳

36
00:01:31,200 --> 00:01:35,930
切得越來越小

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
最終得到碳的最小單位？

39
00:01:43,470 --> 00:01:45,620
如果繼續將它切小

40
00:01:45,640 --> 00:01:47,940
它會不會失去碳的特性？

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

42
00:01:49,860 --> 00:01:51,930
因此 我們先來學習一個術語

43
00:01:51,950 --> 00:01:54,830
我們稱這些不同的物質

44
00:01:54,850 --> 00:01:58,060
這些純淨的

45
00:01:58,080 --> 00:01:59,610
在某些溫度下

46
00:01:59,630 --> 00:02:02,700
有特殊性質、有不同的反應的物質

47
00:02:02,720 --> 00:02:05,200
我們稱之爲元素

48
00:02:05,220 --> 00:02:08,640
碳是一種元素 鉛是一種元素 金亦是一種元素

49
00:02:08,660 --> 00:02:12,720
你或許會認爲水是一種元素 而且在歷史的長河中

50
00:02:12,740 --> 00:02:14,660
古人也曾稱水爲元素

51
00:02:14,680 --> 00:02:18,070
但現在我們知道 水是由更爲基礎的元素組成的

52
00:02:18,090 --> 00:02:20,870
它是由氧元素和氫元素所組成

53
00:02:20,890 --> 00:02:23,270
現今發現的所有元素

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
下面我只介紹一下

57
00:02:30,660 --> 00:02:32,500
幾種較爲常用的元素

58
00:02:32,530 --> 00:02:33,620
隨著時間的推移

59
00:02:33,690 --> 00:02:35,440
你或許會熟悉所有這些元素

60
00:02:35,470 --> 00:02:39,330
這是氧元素 這是氮元素 這是矽元素

61
00:02:39,350 --> 00:02:43,170
這是Au――金 這是鉛

62
00:02:43,190 --> 00:02:51,890
然而 這些元素的最基本單位都是原子

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

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

65
00:02:57,180 --> 00:02:59,690
最終你會得到一個碳原子

66
00:02:59,720 --> 00:03:00,970
對金做同樣的事

67
00:03:01,030 --> 00:03:02,780
最終你會得到一個金原子

68
00:03:02,800 --> 00:03:04,020
同樣 對鉛做相同的事

69
00:03:04,040 --> 00:03:05,890
最終你會得到一些很小的

70
00:03:05,910 --> 00:03:09,460
用一個比粒子更好的詞 我們可以稱之爲鉛原子

71
00:03:09,480 --> 00:03:11,500
然後就不能再將其

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

73
00:03:13,840 --> 00:03:17,050
它不再會擁有鉛的性質

74
00:03:17,080 --> 00:03:18,580
坦白說

75
00:03:18,610 --> 00:03:20,410
這真是一些太難以想象了

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

77
00:03:24,220 --> 00:03:27,100
難以想象的小 舉個例子 碳原子

78
00:03:27,110 --> 00:03:29,750
我的頭發也是由碳原子構成的

79
00:03:29,770 --> 00:03:32,130
事實上 我很大一部分都是由碳原子構成的

80
00:03:32,150 --> 00:03:36,270
事實上 大部分的生物都是由碳原子構成的

81
00:03:36,290 --> 00:03:40,310
所以 如果你把我的頭發。。。 當然我的頭發是碳

82
00:03:40,330 --> 00:03:42,410
我的頭發絕大部分都是碳

83
00:03:42,430 --> 00:03:45,120
所以 如果把我的頭發放在這 我的頭發不是黃色的

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

85
00:03:46,850 --> 00:03:48,450
我的頭發是黑色的 不過就算我把頭發放在這裡

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

87
00:03:49,780 --> 00:03:51,550
但是如果把我的頭發放在這裡

88
00:03:51,570 --> 00:03:55,220
我會問 我的頭發有多少個碳原子寬？

89
00:03:55,240 --> 00:03:57,640
如果給我的頭發絲做一個橫橫斷面

90
00:03:57,670 --> 00:04:00,070
不是縱切 是橫著切

91
00:04:00,100 --> 00:04:02,830
有多少個碳原子那麽寬呢？

92
00:04:02,850 --> 00:04:07,560
你或許會猜 Sal已經告訴過我了 它很小很小

93
00:04:07,580 --> 00:04:09,310
所以 有一千個碳原子？

94
00:04:09,320 --> 00:04:10,810
或一萬個？ 或十萬個？

95
00:04:10,840 --> 00:04:14,850
但我的回答是 錯！ 它有一百萬個碳原子

96
00:04:14,870 --> 00:04:17,490
如果你把一百萬個碳原子並在一起

97
00:04:17,510 --> 00:04:21,550
就可以得到人類頭發絲的平均直徑

98
00:04:21,570 --> 00:04:24,280
這顯然是一個近似值 它不是精確的一百萬

99
00:04:24,300 --> 00:04:26,980
不過它可以讓你感覺到原子是多麽的小

100
00:04:27,010 --> 00:04:29,370
拔一根頭發 然後試著想象一下

101
00:04:29,400 --> 00:04:34,700
頭發絲中並排放置一百萬個小東西

102
00:04:34,730 --> 00:04:37,640
不是順著頭發 而是頭發的寬度

103
00:04:37,670 --> 00:04:39,300
我們甚至很難觀測到頭發的直徑

104
00:04:39,320 --> 00:04:42,770
更何況是一百萬個碳原子 僅是它的直徑

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

106
00:04:47,530 --> 00:04:51,690
我們知道 碳原子是碳最基礎的組成部分

107
00:04:51,710 --> 00:04:53,980
原子是所有元素最基礎的單位

108
00:04:54,000 --> 00:04:57,460
但更爲整潔的是 那些最基本的單位――原子

109
00:04:57,480 --> 00:04:58,630
是相互關聯的

110
00:04:58,650 --> 00:05:02,920
一個碳原子是由更爲簡單的粒子所組成的

111
00:05:02,950 --> 00:05:07,660
一個金原子也是由更爲簡單的粒子所組成的

112
00:05:07,680 --> 00:05:09,960
它們實際上是

113
00:05:09,980 --> 00:05:12,860
由這些基本粒子的排列方式來確定的

114
00:05:12,880 --> 00:05:14,580
如果你要去改變這些基本粒子的數量

115
00:05:14,600 --> 00:05:16,690
改變這最基本的粒子的原有個數 你可以

116
00:05:16,710 --> 00:05:19,220
改變這種原子的特性 以及它發生的反應

117
00:05:19,240 --> 00:05:22,480
甚至可能改變元素的種類

118
00:05:22,510 --> 00:05:25,040
試著好好的理解

119
00:05:25,060 --> 00:05:27,600
讓我們先來聊聊那些更基本的粒子

120
00:05:27,620 --> 00:05:33,160
首先是質子

121
00:05:33,180 --> 00:05:35,090
質子實際上有決定性的意義

122
00:05:35,110 --> 00:05:38,380
原子核裏的質子數量

123
00:05:38,400 --> 00:05:40,250
等會我們再聊聊原子核

124
00:05:40,270 --> 00:05:42,460
這就是決定元素種類的東西

125
00:05:42,480 --> 00:05:44,760
決定元素種類的東西

126
00:05:44,780 --> 00:05:47,720
當你看這裡這張元素周期表時

127
00:05:47,740 --> 00:05:50,400
它們實際上是按照原子序排列的

128
00:05:50,420 --> 00:05:52,150
原子序 實際上

129
00:05:52,170 --> 00:05:54,760
就是這種元素的質子數

130
00:05:54,780 --> 00:05:58,540
根據定義 氫原子有1個質子

131
00:05:58,560 --> 00:06:02,650
氦原子有2個質子 鈣原子有6個質子

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

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個質子

135
00:06:10,830 --> 00:06:12,640
如果你通過某種方式給它加1個質子

136
00:06:12,660 --> 00:06:16,510
它就不再是氧了 它會變成氟

137
00:06:16,530 --> 00:06:17,970
所以 質子數決定了元素

138
00:06:17,990 --> 00:06:20,060
質子數決定了元素

139
00:06:20,080 --> 00:06:22,990
原子序 也就是質子的數量

140
00:06:23,010 --> 00:06:26,190
質子的數量――記住 是它的數量

141
00:06:26,220 --> 00:06:27,820
寫在最上方的這裡

142
00:06:27,840 --> 00:06:30,020
寫在元素周期表上的每個元素的上方

143
00:06:30,040 --> 00:06:33,010
質子數等於原子序

144
00:06:33,030 --> 00:06:36,830
質子數是等於原子序的

145
00:06:36,840 --> 00:06:38,300
原子序寫在這上面

146
00:06:38,320 --> 00:06:41,210
因爲它能確定一種元素

147
00:06:41,230 --> 00:06:45,900
原子的另外兩種組成部分

148
00:06:45,920 --> 00:06:47,500
我想我們可以直接用術語來說

149
00:06:47,520 --> 00:06:55,080
是電子和中子

150
00:06:55,100 --> 00:06:57,730
然後 你可以自己在腦袋裏搭建一個原子模型

151
00:06:57,750 --> 00:07:00,690
這個模型 在我們學習化學的過程中會發現

152
00:07:00,710 --> 00:07:02,960
它會變得更加抽象

153
00:07:02,980 --> 00:07:05,040
真的很難給它一個概念

154
00:07:05,060 --> 00:07:07,310
但是我們可以先來想象

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

156
00:07:09,820 --> 00:07:11,270
它們構成一個原子的原子核

157
00:07:11,290 --> 00:07:14,750
比如說碳 我們知道有6個質子

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 是其中一種碳

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

161
00:07:24,150 --> 00:07:26,030
你會發現碳有很多種類

162
00:07:26,050 --> 00:07:27,900
它們的不同 在於它們的中子數不同

163
00:07:27,920 --> 00:07:30,150
所以中子數可以不同 電子數也可以不同

164
00:07:30,170 --> 00:07:31,920
改變之後它還是相同的元素

165
00:07:31,950 --> 00:07:33,310
只有質子數不能變

166
00:07:33,330 --> 00:07:36,110
只要質子數一改變 你就會得到不同的元素

167
00:07:36,130 --> 00:07:39,140
所以 讓我來畫個碳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 這就是碳12的原子核

170
00:07:46,600 --> 00:07:48,270
有時候可以寫成這樣

171
00:07:48,300 --> 00:07:51,810
有時候會在下面標上數字

172
00:07:51,830 --> 00:07:53,760
這個數字也就是質子的數量

173
00:07:53,780 --> 00:07:56,320
所以說稱之爲碳12的原因就是――

174
00:07:56,340 --> 00:07:58,940
這裡有6個中子

175
00:07:58,960 --> 00:08:00,460
12是一個總數

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
一種研究這粒子的方式

178
00:08:04,750 --> 00:08:06,550
這個數值的不同 在將來的課程中會有細微的差別

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

180
00:08:07,780 --> 00:08:12,050
質子和中子的總數

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

182
00:08:14,960 --> 00:08:18,440
我們可以寫在這裡提醒自己

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

184
00:08:21,420 --> 00:08:24,560
碳12有6個質子和6個中子

185
00:08:24,580 --> 00:08:27,150
而另一種碳 碳14

186
00:08:27,180 --> 00:08:28,500
仍有6個質子

187
00:08:28,520 --> 00:08:30,900
不過有8個中子

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

189
00:08:32,650 --> 00:08:34,290
這個是碳12

190
00:08:34,310 --> 00:08:36,810
如果這個碳12是中性的

191
00:08:36,830 --> 00:08:40,510
我等會也會在這裡做些細微的改變

192
00:08:40,530 --> 00:08:43,340
如果它是中性的 它還會有6個電子

193
00:08:43,370 --> 00:08:45,300
讓我來畫那6個電子

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

195
00:08:49,450 --> 00:08:52,670
第一點我們會想到的是

196
00:08:52,690 --> 00:08:56,780
電子和質子的關係

197
00:08:56,800 --> 00:08:58,870
你可以想象這些電子

198
00:08:58,890 --> 00:09:02,870
像蜜蜂一樣在原子核周圍轉圈

199
00:09:02,890 --> 00:09:05,330
有一種模型是 你可以想象它們

200
00:09:05,360 --> 00:09:08,180
像行星一樣繞著原子核運動 但是這並不完全正確

201
00:09:08,200 --> 00:09:10,370
它們不會像行星一樣按著特定的軌道運行

202
00:09:10,390 --> 00:09:11,720
像太陽係的行星繞著太陽運行那樣

203
00:09:11,740 --> 00:09:14,060
不過那是很好的想象的起點

204
00:09:14,080 --> 00:09:16,660
另外它們還會在原子核周圍跳來跳去

205
00:09:16,690 --> 00:09:18,320
或者說它們在原子核周圍亂動

206
00:09:18,340 --> 00:09:20,540
這是事實

207
00:09:20,560 --> 00:09:22,110
雖然在這個層面上顯得特別古怪

208
00:09:22,130 --> 00:09:23,950
實際上 我們要學習量子物理學

209
00:09:23,970 --> 00:09:26,610
才能真正理解這些電子的運動

210
00:09:26,630 --> 00:09:29,260
不過你腦袋裏第一個物質模型

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
有這個原子核

213
00:09:34,270 --> 00:09:36,900
在這裡 有這個原子核

214
00:09:36,920 --> 00:09:40,830
然後這些電子在原子核周圍跳來跳去

215
00:09:40,850 --> 00:09:42,620
這些電子之所以

216
00:09:42,640 --> 00:09:45,470
不會遠離原子核

217
00:09:45,490 --> 00:09:47,700
它們像是被束縛在原子核周圍的原因

218
00:09:47,720 --> 00:09:49,380
讓它們構成了原子一部分的原因

219
00:09:49,400 --> 00:09:52,040
就是 質子帶正電荷

220
00:09:52,060 --> 00:09:57,870
質子帶正電荷 而電子帶負電荷

221
00:09:57,890 --> 00:10:02,400
這是這些粒子的性質之一

222
00:10:02,420 --> 00:10:03,400
如果你開始思考

223
00:10:03,420 --> 00:10:05,450
爲什麽是電荷而不是中子數？

224
00:10:05,470 --> 00:10:06,940
那麽也就開始深入這個問題了

225
00:10:06,960 --> 00:10:08,770
不過我們熟悉的是

226
00:10:08,790 --> 00:10:10,620
電磁力

227
00:10:10,640 --> 00:10:13,190
例如正負電荷彼此吸引

228
00:10:13,210 --> 00:10:16,540
所以最佳的想法就是：質子和電子

229
00:10:16,560 --> 00:10:18,250
因爲帶有不同的電荷

230
00:10:18,270 --> 00:10:21,350
它們互相吸引 而中子是電中性的

231
00:10:21,370 --> 00:10:25,100
所以它們只是老實呆在原子核裏

232
00:10:25,120 --> 00:10:28,260
對於某些元素來說 中子數確實會

233
00:10:28,280 --> 00:10:33,160
在某種程度上影響這種物質的特性

234
00:10:33,180 --> 00:10:36,270
不過電子不會飛離原子核的真正原因是

235
00:10:36,300 --> 00:10:38,870
電子和質子是相互吸引的

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

237
00:10:42,260 --> 00:10:45,260
另外 電子還擁有快得難以置信的速度

238
00:10:45,280 --> 00:10:48,520
這對於我們初學者來說也是很難理解的

239
00:10:48,540 --> 00:10:52,410
要講電子在做怎樣的運動的話

240
00:10:52,430 --> 00:10:55,510
得扯到很深的物理知識――不過已經足夠了

241
00:10:55,530 --> 00:10:58,040
知道它在原子和周圍亂跳就足夠啦

242
00:10:58,060 --> 00:11:00,740
因爲它們不想被原子核吸進去

243
00:11:00,770 --> 00:11:03,110
我想這是一種解釋方法

244
00:11:03,130 --> 00:11:08,340
另外 我剛剛提到了碳12

245
00:11:08,370 --> 00:11:10,040
元素種類由質子數決定

246
00:11:10,060 --> 00:11:12,600
氧由有8個質子決定

247
00:11:12,630 --> 00:11:16,530
不過再次提醒 電子也會相互作用

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

249
00:11:19,000 --> 00:11:23,090
這實際上構成了大部分的化學理論

250
00:11:23,120 --> 00:11:26,250
例如一個原子有多少個電子

251
00:11:26,270 --> 00:11:27,850
或是某種元素有多少個電子

252
00:11:27,880 --> 00:11:29,600
以及這些電子的排列方式

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

254
00:11:34,090 --> 00:11:36,250
或者這種元素的其他原子

255
00:11:36,280 --> 00:11:41,220
由此我們可以推測 一種元素的一個原子

256
00:11:41,240 --> 00:11:43,260
可以怎麽和同種元素的其他原子反應

257
00:11:43,280 --> 00:11:47,090
或者一種元素的一個原子 是怎麽反應的

258
00:11:47,100 --> 00:11:49,870
或者它怎麽被制限、遊離、被吸引

259
00:11:49,900 --> 00:11:52,300
或排斥另一種元素的另一個原子

260
00:11:52,320 --> 00:11:55,840
我們在以後也會學到更多這方面的知識

261
00:11:55,860 --> 00:11:59,730
舉個例子 在某個地方的另一個原子

262
00:11:59,760 --> 00:12:02,820
因爲某種原因

263
00:12:02,840 --> 00:12:05,370
可能一下子就把碳原子的電子給拐走了

264
00:12:05,390 --> 00:12:10,740
我們將會談論某些元素的中性原子

265
00:12:10,760 --> 00:12:13,990
它相對其他元素的中性原子對電子有更大的親合力

266
00:12:14,020 --> 00:12:16,880
所以 也許就是其中一個這樣的原子從碳原子裏奪走了一個電子

267
00:12:16,900 --> 00:12:21,490
那麽這個碳的電子數就會少於它的質子數

268
00:12:21,510 --> 00:12:25,090
也就是有5個電子6個質子

269
00:12:25,110 --> 00:12:27,820
然後就會帶1個正電荷

270
00:12:27,840 --> 00:12:30,340
所以在這個碳12裏 我最初畫的這個碳原子

271
00:12:30,360 --> 00:12:34,140
有6個質子、6個電子 電荷正好抵消了

272
00:12:34,160 --> 00:12:36,990
如果我失去1個電子 那麽只有5個電子

273
00:12:37,010 --> 00:12:38,990
那麽它就會有1個正電荷

274
00:12:39,010 --> 00:12:41,660
在整個化學課程中

275
00:12:41,680 --> 00:12:43,160
我們還會談論到更多有關這些的知識

276
00:12:43,180 --> 00:12:44,500
不過很高興

277
00:12:44,520 --> 00:12:47,800
這些知識已經開始變得相當有趣

278
00:12:47,820 --> 00:12:52,990
我們已經講到了 作爲基本單位的原子

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

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

281
00:12:58,630 --> 00:13:01,170
這些東西都可以互相交換

282
00:13:01,190 --> 00:13:05,070
改變一個原子的特性 甚至從一種元素的一個原子

283
00:13:05,090 --> 00:13:07,460
變成另一種元素的另一個原子