Tytuł: Wprowadzenie, co to jest atom

The atom, proton, neutron and electron

W większości dziedzin nauki musisz być mocno zaawansowanym zanim

zaczniesz analizować zagadnienia tej dziedziny z filozoficznego punktu widzenia

a w chemii zaczyna się to od samego początku

czyli tego, co jest prawdopodobnie najbardziej filozoficznie

Interesującą częścią całego
tematu: i to jest ATOM

Idea atomu, jak już dawno temu filozofowie i Ty

możesz to znaleźć u różnych filozofów, którzy

jako pierwsi filozofowali nad tym, mówili, hej, wiesz, gdybym

zaczął na przykład, nie wiem, jeśli zacząłbym na przykład z jabłkiem

jeśli zacząłbym z jabłkiem

i zacząłbym kroić to jabłko – spróbuję to narysować

ładne jabłuszko, chodzi o to, żeby nie wyglądało jak serce

jak serce.

No i dobrze.

Masz ładne wyglądające jabłko i zaczynasz je kroić,

na coraz mniejsze kawałki.

Więc ostatecznie, otrzymasz kawałek tak mały, tak malusieńki, malutenieczki, że

nie możesz go już więcej przeciąć

I jestem pewien, że niektórzy z tych filozofów, starali się

z nożem i próbowali to zrobić i, że myśleli sobie

och, gdybym tylko mógł dostać lepszy nóż jeszcze ostrzejszy

i kroić ten malusienieczki kawałeczek jeszcze i jeszcze.

Tak więc jest to całkowicie filozoficzny koncept, który

szczerze mówiąc, w wielu aspektach, nie rożni się zbytnio, od tego,

jak to jest z atomem dzisiaj.

Tak naprawdę to abstrakcyjne myślenie pozwala nam

opisać wiele obserwacji, które widzimy we Wszechświecie.

Ale tak czy inaczej, ci filozofowie doszli do wniosku że jednak w pewnym momencie

będzie taki maleńki kawałeczek jabłka

że nie będzie możliwości więcej już go podzielić.

I nazwali ten najmniejszy kawałeczek ATOM

I to nie tylko dotyczy jabłka, mówili

jest to prawdą dla każdej substancji lub pierwiastka, który

spotykamy we Wszechświecie.

I tak słowo atom pochodzi z języka greckiego... niepokrajalny

Niepokrajalny lub niepodzielny.

Niepokrajalny

Teraz wiemy, że jednak jest on pokrajalny i pomimo, że nie jest to sprawa trywialna

nie jest to trywialna rzecz, to nie jest najmniejsza forma

materii jaką znamy.

Teraz wiemy, że atom składa się z innych,

bardziej elementarnych cząsteczek.

I pozwolę sobie napisać, że

Więc mamy neutron

I narysuję za chwilkę jak one są usytuowane względem siebie

strukturę atomu

Mamy neutron

Mamy proton

I mamy elektrony

Elektrony

być może już jesteś z tym zaznajomiony, jeżeli zajrzysz

do starych filmów na temat atomowych projektów, zobaczysz rysunek

który wygląda jak ten.

spróbuję to narysować,

Tak więc będziesz miał coś w tym stylu.

I będziesz miał te rzeczy wirujące wokół

to wygląda w ten sposób

One mają orbity, które wyglądają tak:.

A może coś, co wygląda w ten sposób

I ogólna idea stojąca za tego typu nuklearnymi rysunkami

- I jestem pewien, że wciąż pojawiają się w niektórych

laboratoriach ministerstwa obrony lub w czymś tego typu - jest to

masz jądro w centrum atomu.

Masz jądro w centrum atomu.

I wiemy, że jądro ma neutrony i protony.

neutrony i protony.

I porozmawiamy trochę więcej na temat które pierwiastki mają

po po ile neutronów i po ile protonów

A teraz orbitowanie, i zacznę używać terminu: orbita

od teraz, chociaż dowiemy się o nim więcej za jakieś dwie minuty

określenie: orbita jest faktycznie nieprawidłowe lub nawet

mentalnie niewłaściwy sposób wizualizacji,

co elektron robi

Kiedyś uważano, że te elektrony

krążą wokół jądra w bardzo podobny sposób

Ziemia okrąża Słońce lub księżyc

krąży wokół Ziemi.

I to zostało wykazane, że w rzeczywistości jest inaczej

to jest nieprawdziwy model

A kiedy zapoznamy się z mechaniką kwantową, wtedy dowiemy się, dlaczego ten model

jest niesłuszny i jakie sprzeczności się pojawiają

podczas prób, w których elektron jak planeta krąży

wokół Słońca.

Ale to było w jakiś sposób oryginalne myślenie i szczerze mówiąc ja

że jest to rodzaj idei, która jest najbardziej popularnym

sposobem patrzenia na atom.

Teraz, powiedziałem na początku, ze atom jest filozoficznie interesujący.

Dlaczego jest on filozoficznie interesujący.

Ponieważ to, co teraz uważamy jako ogólnie przyjęty sposób widzenia atomu,

to naprawdę zaczyna się rozmywać linia pomiędzy naszą fizyczną

rzeczywistością i wszystko w świecie jest tylko informacją

i tak naprawdę nie istnieje nic takiego, jak prawdziwa materia, czy prawdziwe

cząsteczki jako coś, co definiujemy w naszym codziennym życiu.

Wiesz, dla mnie cząsteczka, och, wygląda

jak ziarnko piasku.

Mogę go podnieść, dotknąć

Podczas gdy fala, która może być jak fala dźwiękowa. To może być

właśnie ta zmiana energii w danym czasie.

Ale dowiemy się więcej, zwłaszcza gdy zajmiemy się mechaniką kwantową,

że wszystko zaczyna się mieszać, jak tylko zaczynamy zbliżać się do

skali lub wielkości atomu.

W każdym razie, powiedziałem, że to był niewłaściwy sposób robienia tego

Jaki więc jest poprawny sposób?

Okazuje się – jest to obraz, ale nie obraz naprawdę

jest to również opis.

Więc jest to ciekawe pytanie, co właśnie wypowiedziałem.

Jak możesz mieć zdjęcie atomu?

Ponieważ jest się okazuje większość długości fali

światła, szczególnie widoczne długości fal świetlnych, są znacznie

większe niż rozmiar atomu

Wszystko inne, tu zacytuję: co obserwujemy

w życiu, jest dzięki światłu odbitemu.

Ale nagle, gdy masz do czynienia z atomem,

światło odbite mógłbyś prawie uznać za zbyt duże,

lub za niewystarczający instrument do obserwacji atomu.

Tak czy inaczej, tutaj mamy przedstawiony atom helu

Atomu helu ma dwa protony i dwa neutrony.

Albo przynajmniej ten atom helu ma dwa

protony i dwa neutrony.

I są one przedstawione tutaj w jądrze, właśnie

tutaj, chyba to są te dwa – zakładam, że oni

użyli czerwony kolor dla protonu i fioletowy dla neutronu.

Purpurowy wydaje się być bardziej neutralnym kolorem.

A tak one siedzą w centrum tego atomu.

No i cała ta mgła wokół tego, te tutaj to są

dwa elektrony, które hel posiada, albo przynajmniej

ten atomu helu ma.

Jest możliwe zyskać lub utracić elektron.

Ale te tutaj, to są dwa elektrony.

Możesz zapytać: hej, Sal, jakim sposobem dwa elektrony mogą być tak zamglone?

takie swego rodzaju rozmazanie wokół tego atomu.

I właśnie to robi się interesująco z punktu widzenia filozoficznego.

Bo nie można opisać ścieżki elektronu wokół

jądra za pomocą tradycyjnego modelu z orbitami, który

poznaliśmy przy okazji planet albo jeżeli sobie wyobrazimy

rzeczy w pewnym sensie w większej skali.

Okazuje się, że nie można dokładnie znać momentu pędu elektronu

czy jego położenia w dowolnym punkcie czasu

To, co można wiedzieć, to tylko rozkład prawdopodobieństwa

gdzie najprawdopodobniej on może być.

I sposób w jaki oni to tutaj przedstawili, ten czarny ma wyższe

prawdopodobieństwo, więc masz większe szanse na znalezienie

elektron tutaj niż tutaj.

Ale tak naprawdę, to elektron może być wszędzie.

Może to nawet być tutaj, pomimo że jest całkowicie biało

tam, ale jest to bardzo, bardzo, bardzo, bardzo niskie

prawdopodobieństwo.

A więc ta funkcja, gdzie elektron jest, nazywa się

orbitalem.

Orbitalem.

Nie mylić z orbitą.

Orbital

Pamiętajcie, że orbita to jest coś takiego

Tak jak planeta Wenus, krążąca wokół Słońca

więc jest nam bardzo łatwo sobie to wyobrazić

Podczas gdy orbital jest faktycznie funkcją matematycznego prawdopodobieństwa

funkcją, która mówi nam, gdzie my możemy

funkcją, która mówi nam, gdzie my możemy najprawdopodobniej znaleźć elektron

będziemy się tym zajmować więcej, przy okazji mechaniki kwantowej

ale to nie wchodzi w zakres

tego wstępnego zestawu wykładów z chemii.

Ale to jest ciekawe, nieprawdaż?

W tej skali elektron zachowuje się tak dziwacznie, że nie można.. …..

mam na myśli, żeby nazwać go cząsteczką, to jest niemalże mylące.

Nazywa się cząsteczką, ale nie jest cząsteczką w sensie

w sensie, do jakiego jesteśmy przyzwyczajeni w naszym codziennym życiu.

Jest to coś, że nie można nawet powiedzieć, gdzie dokładnie jest.

Może być w dowolnym miejscu w tej mgle.

I dowiemy się później, że są różne kształty

tych mgieł, jak zaczniemy dodawać więcej i więcej elektronów do danego atomu.

Ale mnie prowokuje to do rozważań filozoficznych

Co to jest materia nawet, albo jak interpretować zjawiska na które patrzymy?

W jakim stopniu są one prawdziwe?

Albo na ile są one prawdziwe przynajmniej według kryteriów dotychczasowych definicji rzeczywistości?

Tak czy inaczej, nie chcę teraz zbytnio wchodzić w filozoficzne rozważania

Ale cała koncepcja elektronów, protonów, w rożny sposób

opiera się na założeniu posiadania ładunku elektrycznego

I rozmawialiśmy o tym wcześniej, kiedy poznawaliśmy

Prawo Coulomba.

Proponuję powtórnie obejrzeć wideo o prawie Coulomba, które można znaleźć w filmach na listach z fizyki.

Ale podstawowa idea jest taka, że elektron

ma ładunek ujemny.

Proton, czasami zapisany w taki sposób,

ma ładunek dodatni.

A neutron nie ma ładunku.

I tak więc, to właśnie było tym, co kusiło w pierwotnym

modelu elektronu.

Jeśli powiedzą: OK, jeśli to coś ma ładunek dodatni, prawda?

Powiedzmy to są dwa neutrony i dwa protony.

Powiedzmy, że jest to atom helu.

Wtedy będziemy mieć pewne pozytywne ładunki tutaj.

A tutaj mamy pewne negatywne ładunki.

Przeciwne ładunki się przyciągają.

I tak, jeżeli te rzeczy mają jakąś prędkość, wystarczającą

prędkość, to one będą krążyć po orbicie wokół tego, tak, jak

planeta będzie krążyć po orbicie wokół Słońca.

Ale teraz dowiedzieliśmy się, choć jest to tylko częściowo prawda, że

im dalej elektron znajduje się od jądra,

tym więcej ma (to prawda), potencjalnej energii.

Dlatego chciałby przemieścić się w kierunku jądra, ale

ze względu na całą mechanikę na kwantowym poziomie, nie zrobi tego.

Zrobi natomiast coś prostego... będzie się poruszać po takiej drodze tak, jak

kometa to robi wokół Słońca, faktycznie ma tego typu

zachowanie jak fala, gdzie ma po prostu prawdopodobieństwo

tej funkcji, którą opisuje.

Warto pamiętać, ze im dalej od jądra orbital, tym większy

tym większy ma potencjał.

Będziemy mówić o tym dużo więcej w następnych filmach.

No dobrze, ale jak rozpoznać, jaki to jest pierwiastek?

Mówiłem dużo o filozofii i tym podobnych sprawach,

ale skąd mam wiedzieć, że to jest hel?

Czy to liczba neutronów, którą ma, powie mi o tym?

Czy to liczba protonów to wyjaśni?

Czy może liczba elektronów?

Otóż odpowiedź brzmi: liczba protonów nam to powie.

Jeśli znasz liczbę protonów w pierwiastku,

to wiesz już który to pierwiastek.

Tak więc, liczba protonów w pierwiastku jest określana

jako liczba atomowa.

Teraz, powiedzmy, że coś ma cztery protony.

Skąd wiemy, co to jest?

Cóż, jeśli nie zapamiętaliśmy liczb atomowych pierwiastków, możemy to sprawdzić

w układzie okresowym, z którym będziemy mieć wiele do czynienia, ucząc się chemii.

więc sprawdzisz tam i powiesz: O, cztery protony,

to jest beryl, symbol: Be.

Właśnie tam.

A liczba atomowa, to jest ten numer na górze.

I to dosłownie jest liczba protonów.

I to jest to, co odróżnia

jeden atom od drugiego.

Jeśli masz piętnaście protonów, to masz do czynienia

z fosforem.

I nagle, jeśli masz siedem protonów, masz

do czynienia z azotem.

Jeśli masz osiem, masz do czynienia z tlenem.

To jest to, co określa pierwiastek.

w przyszłości będziemy rozmawiać o tym, co dzieje się z ładunkiem elektrycznym

i o tym podobnych rzeczach.

Albo co się stanie, jeśli atom zyska lub straci elektrony?

Ale to nie zmieni pierwiastka, z którym masz do czynienia.

Podobnie również , po zmianie liczby neutronów,

pierwiastek nie ulegnie zmianie

Ale to prowadzi do oczywistego pytania: no dobrze, ile

neutronów i elektronów ma dany atom?

Cóż, jeśli atom ma ładunek neutralny, to znaczy, że

ma taką samą liczbę elektronów.

Powiedzmy, że mam węgiel.

Jego liczba atomowa jest sześć.

I powiedzmy, że jego liczba masowa jest dwanaście

Teraz, co to znaczy?

I powiem więcej, to jest neutralna cząsteczka.

To jest neutralny atom.

Tak więc liczba atomowa dla węgla jest sześć.

To mówi nam dokładnie, ile protonów on ma.

Więc jeśli spróbowałbym narysować tutaj model

Chociaż jest to dokładny model.

Będę rysować sześć - dwa, trzy, cztery, pięć, sześć

protonów w centrum.

I wagi tych protonów, każdy proton, to jest jedna jednostka

masy atomowej, później będziemy rozmawiać o tym jak to

odnosi się do kilogramów. To bardzo mała

cząstka kilograma.

Myślę, że to jest około 1,6 razy 10 do

minus 27 kilograma.

Powiedzmy więc, że każdy z nich to jest jedna jednostka masy atomowej

to w przybliżeniu równa się 1,67 razy 10 do minus 27 kg.

To jest bardzo mała liczba.

To jest praktycznie prawie niemożliwe sobie ją wyobrazić

Przynajmniej dla mnie.

To mi mówi, jaka jest masa całego atomu węgla, tego

konkretnie atomu węgla.

A to może faktycznie się zmienić z atomu węgla

do atomu węgla.

I to jest zasadniczo masa wszystkich protonów

plus wszystkie neutrony.

I każdy proton ma masę atomową jeden, w jednostkach masy atomowej

i każdy neutron ma masę atomową jednej

jednostki masy atomowej

Więc jest to naprawdę liczba protonów oraz

liczba neutronów.

Więc skoro w tym przypadku mamy sześć protonów, więc musimy mieć również

sześć neutronów.

Sześć protonów plus sześć neutronów.

Teraz, gdzie są elektrony?

Cóż, powiedziałem, że jest neutralny, więc proton ma taką samą ilość

ładunku dodatniego, jak elektron ładunku ujemnego

Więc jest to neutralny atom i ma sześć protonów, a więc również

ma sześć elektronów.

Pozwolę sobie to narysować.

Ustaliliśmy, że ma sześć neutronów tutaj.

Raz, dwa, trzy, cztery, pięć, sześć.

Więc to jest jądro właśnie tam.

I następnie, gdybyśmy narysowali elektrony - cóż, mógłbym je przedstawić jako takie

rozmazanie, ale jeżeli chcemy je sobie jakoś wyobrazić

trochę lepiej, to narysujemy je.., OK, będzie sześć

elektronów krążących wokół.

Raz, dwa, trzy, cztery, pięć, sześć.

I będą się poruszać wokół w taki nieprzewidywalny

sposób, który będziemy mogli opisać za pomocą

funkcji prawdopodobieństwa.

Interesujące jest to, ze większość masy

atomu jest dokładnie tutaj

To znaczy, można zauważyć, że gdy ludzie myślą

o masie, gdy mają na myśli masę atomową atomu,

to ignorują elektrony.

A to dlatego, że masa protonu, jednego protonu

pod względem ciężaru jest równa 1836 elektronom

Więc myśląc o masie atomu, dla wszystkich podstawowych

celów, można zignorować masę elektronu.

Tak naprawdę to masa jądra, liczy się jako

masa atomu.

Teraz można popatrzeć na okład okresowy

i powiedzieć, OK, dali nam liczbę atomową o tam na górze.

Liczba atomowa tlenu jest osiem.

To znaczy, że ma osiem protonów.

Liczba atomowa krzemu jest14

Znaczy ma 14 protonów.

Teraz co to jest tutaj?

Zobaczmy, w węglu.

Przy węglu jest 12.0107.

To jest masa atomowa węgla.

Zapiszmy to

Masa atomowa węgla.

Masa atomowa węgla jest 12.0107.

Teraz, co to znaczy?

Czy to oznacza, że węgiel ma sześć protonów, a następnie

reszta pozostała 6,0107 neutronów i ma pewnego rodzaju

jeszcze frakcję z neutronu?

Nie.

Oznacza to, że jeśli weźmiesz średnią z różnych

wersji węgla, które można znaleźć na planecie, i weźmiesz

średnią liczby neutronów, bazując na ich ilości

w różnych rodzajach węgla, to będzie

średnia, którą uzyskasz.

Tak więc okazuje się, że węgiel występuje w dwóch głównych
formach. Najczęściej

spotykaną jest forma węgla-12.

tak to jest

Tak więc, ten ma sześć protonów i sześć neutronów.

A teraz drugi izotop węgla.

Pamiętajmy, ze izotop, to jest ten sam pierwiastek z inną

liczbą neutronów.

Innym izotopem węgla, jest węgiel-14, który jest znacznie

rzadko występuje na naszej planecie.

Nie wiemy, ile jest go we Wszechświecie, ale na tej planecie mało

jeżeli zechciałbyś wyciągnąć średnią masy atomowej tych izotopów, nie taką dokładną

średnią, wtedy dostaniesz węgiel-13 i masa

atomowa byłaby 13, ale waga węgla-12 jest znacznie większa

ponieważ wystepuje w znacznie większych ilościach na Ziemi

To znaczy, to jest praktycznie cały

węgiel, który widzisz

A tego drugiego C-14 jest tylko troszkę

Tak więc, jeżeli zważysz je odpowiednio, to średnia

będzie taka.

Tak więc większość węgla, który znajdziesz - jeśli tylko znajdziesz

gdzieś węgiel, średnio jego masa atomowa

będzie 12,0107

Jednakże idea izotopu jest bardzo interesująca

Pamiętamy, że zmieniając liczbę neutronów, nie zmieniamy

faktycznie podstawowego pierwiastka.

Dostajemy tylko inny izotop,

inną wersję tego samego pierwiastka.

Tak więc te dwie wersje węgla, są obie izotopami.

Chcę zakończyć to nagranie tym, co uważam jest

jakoś najciekawszą ideą, związaną z atomem

I jest to najbardziej z punktu widzenia filozofii interesująca rzecz na ich temat

To jest ta względna wielkość - więc mamy te elektrony,

których waga w porównaniu do atomu jest minimalna.

Elektron ma masę 1/2000 masy atomu.

Ponadto jest trudno nawet opisać je jako

cząsteczki, ponieważ nie można powiedzieć gdzie dokładnie

i jak szybko się one poruszają.

Mamy tylko funkcję prawdopodobieństwa

większość atomu siedzi w jądrze

I to jest interesująca sprawa.

Jeśli spojrzysz na przeciętny atom, jeśli

powiesz: to jest mój atom.

Powiedzmy, że miałem dwa atomy, które związały się ze sobą.

I zapytałbym, ile z tego jest tak naprawdę "rzeczy"?

I kiedy mówię "rzeczy", to jest bardzo abstrakcyjne pojęcie, ponieważ

mówimy o jądrze, czy tak?

Ponieważ jądro jest miejscem, gdzie cała

masa się znajduje, wszystkie "rzeczy".

Okazuje się, że jest to nieskończenie

mała część objętości atomu, gdzie - objętość

atomu jest trudno ocenić, ponieważ elektrony mogą być

w zasadzie wszędzie, ale jeżeli potraktujesz objętość jako

przestrzeń, gdzie najprawdopodobniej może być elektron, albo z 90%

prawdopodobieństwem znajdziesz tam elektron, wtedy

jądro jest, w większości przypadków, tak myślę,

jest około 1/10.000 objętości atomu.

Tak więc, jak zastanowisz się nad tym,
popatrz na

Twoją rękę, albo spójrz na ścianę, albo

popatrz na Twój komputer, 99.99% tego co widzisz, to jest pusta przestrzeń.

To jest NIC.

To jest próżnia.

Jeśli miałbyś niezwykle małe coś- i chyba moglibyśmy nazwać je

cząsteczkami lub coś w tym rodzaju - większość z nich przeszłaby bez problemu

przez wszystko, na co tylko patrzysz.

Tak więc, to otwiera pole do dyskusji

nad naszym postrzeganiem rzeczywistości

Co jest tam gdzie, jeżeli... i to jest fakt, to nie jest

teoria tutaj ... tzn. jeżeli rozłożysz wszystko do podstaw,

do bazowych części , zejdziesz do poziomu atomu, większość

przestrzeni tego "przedmiotu", jest wolna.

Przestrzeń - próżnia

Można przejść przez wszystko, jeżeli zejdzie się do tego

najmniejszego wymiaru

Ten obraz przedstawia atom helu, mówią tu jest

jeden femtometr.

Zgadza się?

Jeden femtometr.

To jest skala jądra

atomu helu, prawda?

Jeden femtometr.

To jest angstrem, tak?

I jak mówią równa się 100 000 femtometrów.

I tak żeby poczuć sens skali, jeden angstrem jest

10 do minus 10. metra, zgadzamy się?

Tak więc atom jest mniej więcej o skali jednego angstrema

W przypadku helu, jądro jest

jeszcze mniejszym ułamkiem

Jest to 1 / 100 000.

Więc jeśli byś miał - powiedzmy, ciekły hel, który żeby uzyskać,

musiał byś wytworzyć bardzo niską temperaturę

jak popatrzysz na to, większość tego, to jest pusta przestrzeń.

Jeżeli poparzysz na kawałek żelaza,

wielka, wielka... ogromna większość jego, to jest wolne miejsce.

Nawet jeszcze nie mówimy o tym, ze może jest również wolna

przestrzeń wewnątrz jądra, o której możemy rozmawiać

w przyszłości.

Ale dla mnie to jest po prostu niesamowite, że większość rzeczy, na które patrzymy

nie są naprawdę stałe.

Są naprawdę tylko pustą przestrzenią, tylko wyglądają jak jednolite ciało

z powodu sposobu w jaki odbija się światło na nich lub sił
20:50 20:51

które nas odpychają.

Ale tak naprawdę tam nie ma niczego, co można dotknąć.

Że większość tego tutaj, to wszystko jest wolna przestrzeń.

Myślę, że wypowiedziałem słowo: wolna przestrzeń w tym wykładzie wystarczająco razy,

a dalsze szokowanie,

zostawiam na następne wideo