-
Lidé již tisíce let
jen na základě pozorování
-
okolního prostředí vědí,
-
že existují různé látky.
-
A tyto látky mají různé vlastnosti.
-
Nejenom že mají různé vlastnosti.
-
Některé odráží světlo a jiné ne.
-
Můžou mít také určitou barvu nebo teplotu,
-
můžou být kapalné, plynné nebo pevné.
-
Zároveň jsme si začali všímat,
-
jak spolu reagují v daných podmínkách.
-
Tady mám obrázky některých látek.
-
Nalevo je uhlík v podobě grafitu.
-
Napravo je olovo a dole zlato.
-
A tyhle všechny obrázky
-
jsou z webové stránky napsané nahoře.
-
Všechno to jsou pevné látky,
ale zároveň nám může připadat,
-
že to vypadá, jako by v nich byl vzduch,
-
něco jako částice vzduchu.
-
Podle toho,
na jaký typ částic se díváme,
-
ať už jde o oxid uhličitý,
kyslík nebo dusík,
-
mají tyto částice různé vlastnosti.
-
Existují také tekuté látky.
-
Navíc, pokud dostatečně zvýšíme teplotu,
-
pokud dostatečně zahřejeme
například zlato či olovo,
-
stane se z nich kapalina.
-
Nebo například, když spálíte tento uhlík,
-
přeměníte ho na plyn
-
a uvolní se do okolí,
-
můžete změnit jeho strukturu
-
Toto jsou všechno látky,
-
které lidstvo zná již tisíce let.
-
To však přirozeně vede k otázce,
-
která kdysi bývala filozofickou,
-
ale nyní už známe trochu lepší odpověď.
-
Tou otázkou je,
jestli při lámání toho uhlíku
-
na menší a menší kousky,
-
existuje nějaký nejmenší kousek,
-
jakási nejmenší část této látky
-
která má stále ještě vlastnosti uhlíku?
-
A kdyby se vám povedlo
rozdělit ji i poté
-
ztratily by se vlastnosti uhlíku?
-
A odpovědí je: existuje.
-
Řekněme si něco k terminologii.
-
Čistým látkám, které mají
-
specifické vlastnosti
při určitých teplotách
-
a reagují určitým způsobem,
-
říkáme prvky.
-
Uhlík, olovo i zlato jsou prvky.
-
Voda ale prvkem není.
-
Dříve si to lidé mysleli,
ale teď už víme,
-
že se voda skládá z více základních prvků.
-
Skládá se z kyslíku a vodíku.
-
Všechny prvky jsou uvedeny
-
v takzvané periodické tabulce prvků.
-
C značí uhlík,
-
teď zmiňuji ty,
-
které jsou důležité pro lidstvo.
-
Časem se ale seznámíme téměř se všemi.
-
Tohle je kyslík, dusík, tohle křemík.
-
Au značí zlato. Tady máme olovo.
-
A té nejzákladnější části
každého prvku říkáme atom.
-
Takže kdybyste tento uhlík
stále dělili a získávali
-
menší a menší kousky,
-
nakonec dojdete k atomu uhlíku.
-
Udělejte to samé tady
-
a dostanete se k atomu zlata.
-
Udělejte to znovu i tady
-
a nakonec nám zbyde některá
-
z těchto malých částeček,
-
kterou nazýváme atom olova.
-
Není možné tuto částečku dál dělit,
-
aniž by přestala být olovem,
-
aniž by přestala mít vlastnosti olova.
-
A jen pro představu,
-
je to něco, co si umím opravdu
jen těžko představit.
-
To, že atomy jsou neuvěřitelně malé.
-
Nepředstavitelně malinkaté.
-
Tak například uhlík.
-
Mé vlasy jsou také z uhlíku.
-
Ve skutečnosti většina
mého těla je z uhlíku.
-
Dokonce většina
všech živých tvorů je z uhlíku.
-
A tak kdybyste vzali můj vlas,
který je z uhlíku.
-
Můj vlas je převážně z uhlíku.
-
Takže pokud se na něj podíváte,
-
nemám sice žluté vlasy,
-
ale chci,
aby to bylo vidět.
-
Mám černé vlasy,
-
ale to by tu už vůbec
nebylo vidět.
-
Takže tu máme můj vlas
a já se ptám:
-
"Kolik atomů uhlíku má můj vlas na šířku?"
-
Pokud tedy vezmete průřez mého vlasu,
ne délku,
-
ale šířku vlasu a řeknu vám:
-
"Kolik atomů uhlíku
se tam na šířku vejde?"
-
Mohli byste hádat:
Sal už mi řekl, že jsou velmi malé,
-
tedy možná je to tisíc atomů uhlíku,
-
nebo deset tisíc,
sto tisíc,
-
a já bych řekl:
-
"Ne! Je to jeden milion atomů uhlíku."
-
Jinými slovy, mohli byste za sebou
naskládat milion atomů uhlíku
-
napříč průměrným lidským vlasem.
-
A to je samozřejmě jen přibližně,
-
není to přesně jeden milion,
-
ale dává nám to představu,
jak malý atom je.
-
Vytrhněte si jeden vlas
-
a představte si to,
dát milion věcí vedle sebe
-
na šířku vlasu,
-
ne podél, ale napříč vlasem.
-
Pouhou šířku vlasu je těžké si představit.
-
A do té se ještě vejde
milion atomů uhlíku.
-
Odteď, což je hodně dobré,
-
víme,
-
že existuje tento základní
stavební kámen uhlíku,
-
ale nejenom toho,
platí to pro jakýkoliv prvek.
-
A co je ještě lepší,
-
tyto základní stavební kameny
spolu vzájemně souvisí.
-
Atom uhlíku lze rozdělit
na ještě více elementární částice.
-
Stejně tak i atom zlata.
-
Definice každého atomu závisí
-
na uspořádání těchto
elementárních částic.
-
Pokud změníte počet
-
těchto částic,
-
můžou se změnit i vlastnosti prvku,
-
jeho reaktivita,
-
nebo se dokonce změní prvek samotný.
-
A jen abyste tomu trochu lépe porozuměli,
-
pojďme si o těchto
elementárních částicích něco říct.
-
Takže máte proton.
-
A počet protonů v jádře atomu
-
je to, co určuje protonové číslo atomu.
-
O jádru budu mluvit později.
-
A to je to, co určuje prvek.
-
Tedy tohle je to, co určuje prvek.
-
Když se podíváte na periodickou tabulku,
-
prvky tam jsou seřazené
podle atomového čísla.
-
A atomové číslo
-
není nic jiného než
počet protonů v prvku.
-
Tedy podle definice,
vodík má jeden proton.
-
Helium má dva a uhlík šest protonů.
-
Neexistuje uhlík se sedmi protony.
-
To už je potom dusík, ne uhlík.
-
Už by to nebyl uhlík.
-
Kyslík má osm protonů.
-
Kdybyste sem nějak
přidali další proton,
-
už by to nebyl kyslík,
-
byl by to fluor.
Takže takto definujeme prvek.
-
Určuje nám to,
o jaký prvek se jedná.
-
A atomové číslo neboli protonové číslo,
-
počet protonů,
nezapomeňte,
-
že se jedná o to číslo
napsané tady nahoře
-
u každého z těchto prvků
v periodické tabulce
-
Protonové číslo
-
je rovné atomovému číslu.
-
Rovná se atomovému číslu.
-
Toto číslo se píše nahoru proto,
-
že jde o určující rys prvku.
-
Další dvě složky atomu,
-
myslím, že jim tak můžeme říkat,
-
jsou elektron a neutron.
-
Model, který je dobré si
vytvořit v hlavě, bude,
-
jak uvidíme i dále při probírání chemie,
-
trochu abstraktnější
-
a opravdu těžko pochopitelný.
-
Jedním ze způsobů, jak ho vnímat,
-
je si představit protony a neutrony,
-
které tvoří střed atomu.
-
Tomu říkáme atomové jádro.
-
Tak například uhlík, jak víme,
má šest protonů.
-
Jeden, dva, tři, čtyři, pět, šest.
-
Uhlík 12, což je typ uhlíku
-
má zároveň šest neutronů.
-
Existují typy uhlíků,
-
které mají počet neutronů jiný.
-
Můžeme měnit počet neutronů,
nebo elektronů,
-
a prvek se nemusí změnit
-
Pro protony to však neplatí.
-
Změníte-li počet protonů,
získáte jiný prvek.
-
Teď nakreslím jádro uhlíku 12.
-
Jeden, dva, tři, čtyři, pět, šest.
-
Tohle tedy je jádro uhlíku 12.
-
A někdy to uvidíte zapsané takto.
-
A někdy se vlastně uvádí také
-
číslo protonů.
-
A důvodem, proč jsme napsali uhlík 12,
-
pamatujete,
napočítal jsem šest neutronů,
-
je, že se jedná o celkový počet,
-
můžeme se na to dívat
jako na celkový počet,
-
...je to jeden
z možných pohledů,
-
a budeme to ještě probírat později...
-
...je, že se jedná o celkový
-
počet protonů a neutronů v jádře.
-
A tento uhlík má
podle definice atomové číslo šest,
-
ale můžeme to tu přepsat
-
jen proto,
abychom to nezapomněli.
-
Takže ve středu atomu uhlíku
máme toto jádro.
-
A uhlík 12 má šest protonů
a šest neutronů.
-
Jiná verze uhlíku, uhlík 14, má stále
-
šest protonů, ale má už osm neutronů.
-
Počet neutronů
tedy můžeme měnit,
-
ale teď se zabýváme uhlíkem 12.
-
A jestliže uhlík 12 je neutrální,
-
což ještě vysvětlím,
-
pokud je neutrální,
bude mít také šest elektronů.
-
Nakreslím tu těchto šest elektronů.
-
Jedna, dva, tři, čtyři, pět, šest.
-
A jeden ze způsobů,
-
který je zároveň asi nejdůležitějším,
jak přemýšlet
-
o vztahu mezi elektrony a jádrem
-
spočívá v představě, že se elektrony
-
jakoby pohybují kolem,
-
poletují kolem tohoto jádra.
-
Lze o tom přemýšlet tak,
-
že elektrony obíhají kolem jádra,
-
ale to není úplně správně.
-
Neobíhají tak jako třeba planety
-
obíhají kolem Slunce.
-
Tato představa je ale
dobrým výchozím bodem.
-
Jiný úhel pohledu je
představa poskakujících
-
nebo poletujících
elektronů kolem jádra.
-
A to je zkrátka jen proto,
-
že realita je
na této úrovni jiná.
-
Řekneme si něco
o kvantové fyzice,
-
abychom opravdu porozuměli,
co elektron dělá.
-
Ale první model ve vaší hlavě je,
-
že ve středu tohoto atomu uhlíku 12,
-
máte toto jádro.
-
Máte toto jádro, přímo tady.
-
A tyto elektrony poskakují
kolem tohoto jádra.
-
A důvod, proč tyto elektrony
-
jen neodletí pryč od tohoto jádra,
-
proč jsou s tímto jádrem jakoby svázané,
-
a tvoří část tohoto atomu,
-
je, že protony mají kladný náboj.
-
A elektrony mají
záporný náboj.
-
A to je jedna vlastností
těchto elementárních částic.
-
Když začnete přemýšlet o tom,
-
co je vlastně náboj,
-
začne to být docela složité.
-
Ale víme,
-
když mluvíme o elektromagnetické síle,
-
že opačné náboje se přitahují.
-
Jak o tom tedy nejlépe přemýšlet:
-
Protony a elektrony
-
mají odlišné náboje,
-
a proto se vzájemně přitahují.
-
Neutrony jsou neutrální,
-
takže ty vlastně jen sedí tady
-
uvnitř jádra a ovlivňují vlastnosti
-
atomů určitých prvků.
-
Ale důvod, proč elektrony
-
jen tak samy neodletí,
-
je ten, že jsou přitahovány.
-
Jsou přitahovány směrem k jádru.
-
A také se neuvěřitelně rychle pohybují,
-
je to opravdu těžké
pro představivost,
-
opět se začínáme dotýkat
-
velice zvláštní části fyziky.
-
Jakmile začneme mluvit o tom,
-
co elektron vlastně dělá
-
ale má dost…
-
můžeme říci, že dost
-
poskakuje kolem
-
že nechce spadnout do jádra,
-
To je jeden způsob nahlížení.
-
A tak, zmínil jsem tedy uhlík 12,
-
definovaný počtem protonů.
-
Kyslík by byl definovaný tím,
že má osm protonů.
-
Ale ještě jednou,
elektrony na sebe mohou vzájemně působit.
-
Také mohou být odebrány jinými atomy.
-
A to ve skutečnosti tvoří velkou část
-
našeho chápání chemie.
-
Je založena na tom,
kolik elektronů má atom
-
nebo určitý prvek.
-
A jakou mají tyto elektrony konfiguraci,
-
a jakou konfiguraci
mají elektrony jiných prvků,
-
nebo možná jiných atomů téhož prvku.
-
Můžeme začít předvídat,
jak může atom jednoho prvku
-
reagovat s jiným atomem stejného prvku.
-
Nebo jak může atom jednoho prvku reagovat
-
nebo se vázat, či nevázat,
přitahovat,
-
nebo odpuzovat další atom jiného prvku.
-
Tak například,
-
a o tom si ještě povíme víc později.
-
Je možné, aby si nějaký jiný atom
-
vzal elektron z uhlíku,
-
jen proto, že z jakéhosi důvodu
-
a povíme si o určitých neutrálních atomech
jistých prvků,
-
které mají větší elektronovou afinitu
než jiné.
-
Tedy jeden z takových atomů
-
si vezme elektron
-
z uhlíku, a pak tento uhlík bude
-
mít méně elektronů než protonů,
-
tedy budeme mít 5 elektronů a 6 protonů.
-
A vznikne nám kladný náboj.
-
V tomto uhlíku 12, který jsem
nakreslil dříve,
-
jsem měl 6 protonů, 6 elektronů
a náboje se vyrušily.
-
Když ztratím elektron, zbyde jich jen pět,
-
a získám kladný náboj.
-
A o tomhle všem si povíme mnohem víc
-
v celé osnově chemie.
-
Ale doufám, že oceníte
-
jak už teď to začíná být fascinující.
-
Už se umíme dostat k tomu
základnímu stavebnímu kameni
-
zvanému atom.
-
A co je ještě lepší, tento základní
-
stavební kámen je
navíc postaven
-
z ještě základnějších stavebních kamenů.
-
A tyhle všechny věci mohou být změněny,
-
aby změnily vlastnosti atomu,
-
nebo dokonce
-
typ celého atomu.