-
Meie, inimesed, oleme teadnud tuhandeid aastaid,
-
vaadates lihtsalt keskkonda meie ümber,
-
et on olemas erinevaid aineid.
-
Need erinevad ained... kipuvad omama eri omadusi.
-
Neil ei ole vaid eri omadused;
-
näiteks üks võib peegeldada valgust mingil viisil või siis ei peegelda üldse valgust.
-
Või on teatud värvi või omab teatud temperatuuri;
-
on kas vedel, gaas või tahke.
-
Aga samas me oleme alustanud uurimist,
-
kuidas need omavahel reageerivad teatud tingimustel.
-
Siin on mõningate ainete pilte.
-
See siin on süsinik ja see on siin ... grafiidina
-
See siin on plii; see aga kuld
-
ja kõik need, millest olen näidanud pilte ,
-
mis ma sain sellelt veebileheküljelt sealtsamast.
-
Kõik need ained on tahkes olekus, kuid me teame, et me...
-
Paistab nagu siin sees on teatud tüüpi õhku,
-
teatud tüüpi õhu osakesed,
-
ja sõltuvalt, mis tüüpi õhu osakesi sa vaatada,
-
olgu see siis kas süsinik, hapnik või lämmastik,
-
millel tundub olevat erinevat tüüpi omadused.
-
Kui on mingid teised ained, mis võivad olla vedelad
-
või isegi, kui tõsta temperatuuri piisavalt kõrgeks neil ainetel.
-
Näiteks kui tõsta temperatuuri piisavalt kõrgeks kullal või pliil,
-
siis võime saada vedeliku.
-
Või kui sa põletad seda süsiniku,
-
siis võid saada selle gaasilisse olekusse,
-
võid selle vabaks lasta atmosfääri,
-
võid purustada selle struktuuri.
-
Need ongi asjad, mida meil igat sorti
-
inimkond on tuhandete aastate jooksul jälginud.
-
Aga see viib meid loomuliku küsimuseni,
-
mis varem oli filosoofiline küsimus,
-
aga nüüd me oskame sellele vastata natukene paremini,
-
ja see küsimus on: kui me aina lõhume ja lõhume seda süsiniku
-
väiksemateks ja väiksemateks osadeks,
-
kas on olemas mingi väikseim osake,
-
mingi väikseim ühik sellest materjalist, sellest ainest,
-
millel on veel süsiniku omadused?
-
Ning kui kuidagimoodi me suudaksime veelgi kaugemale seda lõhkuda,
-
kas siis süsiniku omadused kaoksid?
-
Ja vastus on: jah, on küll.
-
Et saada aru meie sõnavarast,
-
me kutsume neid eri aineid, neid puhtaid aineid,
-
millel on iseloomulikud omadused teatud temperatuuridel,
-
ja reageerivad teatud viisidel,
-
elementideks.
-
Süsinik on element. Plii on element. Kuld on element.
-
Sa võiksid öelda, et vesi on element.
-
Ja ajaloos inimesed on nimetanud vett elemendiks,
-
kuid nüüd me teame, et vesi koosneb eri algelisematest elementidest.
-
Vesi koosneb hapnikust ja vesinikust.
-
Ja kõik meie elemendid on lahterdatud
-
keemiliste elementide perioodilisustabelisse.
-
C tähendab süsiniku
-
-- ma lihtsalt räägin need läbi,
-
mis on inimkonnale tähtsad --
-
aga aja jooksul sa tutvud kõigi elementidega.
-
See on hapnik. See on lämmastik. See on räni.
-
See on -- Au on kuld. See on plii.
-
Ja nende elementide põhiosakeseks on aatom.
-
Nii, kui sa lõhuksid ja lõhuksid
-
ja võtaksid väiksemaid ja väiksemaid tükikesi sellest.
-
Lõpuks sa saaksid süsiniku aatomi.
-
Teed sama asja siin,
-
saad lõpuks kulla aatomi.
-
Teeksid sama asja siin,
-
saaksid lõpuks mõne pisikese
-
-- parema sõna puudumise tõttu -- osakese,
-
mida kutsutakse plii aatom.
-
Ja kui sa enam ei suuda seda lõhkuda
-
ja saad veel nimetada seda pliiks,
-
sest sellel on kõik plii omadused.
-
Ning lihtsalt, et sulle mõtlemisainet anda,
-
-- mul endal on seda väga raske ette kujutada --
-
aatomid on uskumatult väiksed.
-
Päriselt, uskumatult väike.
-
Näiteks, süsiniku aatom.
-
Minu juuksed koosnevad ka süsinikust.
-
Muidu, ma koosnengi põhiliselt süsinikust.
-
Tegelikult enamik kõikidest elusorganismidest koosneb põhiliselt süsinikust.
-
Ning kui sa võtaksid mu juuksekarva ja mu juuksed koosnevad süsinikust.
-
Mu juuksed koosnevad põhiliselt süsinikust.
-
Nii, kui sa võtaksid mu juuksekarva,
-
-- mu juuksed pole blondid,
-
aga see paistab ilusti välja mustal taustal.
-
Mu juuksed on mustad. Aga kui ma joonistaksin nõnda,
-
siis te ei näeks seda ekraanil.
-
Aga kui sa võtaksid mu juuksekarva, ma küsiksin,
-
mitu süsiniku aatomit mu juuksekarv lai on?
-
Nii, kui sa võtaksid ristlõike mu juuksekarvast, mitte pikkupidi,
-
laiupidi mu juuksekarvast ja ütleks:
-
mitu süsiniku aatomit lai on see?
-
Ja sa võiksid ju arvata, et oh, Sal juba ütles mulle, et see on väga väike
-
nii et võib-olla on selles laiuses tuhat süsiniku aatomit,
-
või kümme tuhat, või sada tuhat,
-
ja ma ütleksin: "Ei!"
-
Se's on üks miljon süsiniku aatomit.
-
Sa võiksid panna miljon süsiniku aatomit
-
ritta ühele tavalisele inimese juuksekarva laiusele.
-
Ja see on muidugi ligikaudne,
-
see pole täpselt üks miljon,
-
aga see annab sulle ettekujutuse aatomi suurusest.
-
Sa võid ju tõmmata ühe karvakese oma peast
-
ja lihtsalt kujutle miljoni asjakese panemist
-
külg-külje kõrval juuksekarva peale,
-
mitte juuksekarva pikkusele, vaid juuksekarva laiusele.
-
On ju isegi raske näha juuksekarva laiust.
-
Ja seal on miljon süsiniku aatomit
-
lihtsalt sealsamas.
-
See on päris lahe tegelikult
-
-- me teame, et
-
aatom on nii-öelda süsiniku põhiline ehituskivi,
-
aatom on iga elemendi põhiline ehituskivi.
-
Aga see on veel isegi vahvam, et
-
need nn "ehituskivid" on omavahel seotud.
-
Süsiniku aatom koosneb isegi veel põhilistemast osakestest.
-
Kulla aatom koosneb isegi veel põhilistemast osakestest.
-
Ja neid aatomeid määratleb
-
nende põhiliste osakeste paiknemine ja arv.
-
Näiteks kui sa muudaksid
-
nende põhiliste osakeste arvu elemendi aatomis,
-
sa saaksid muuta selle elemendi omadusi,
-
selle elemendi reageerimist
-
või seda elementi iseennast.
-
Ning et lihtsalt paremini aru saada,
-
räägime neist põhilistest osakestest.
-
Esiteks, on olemas prooton.
-
Prooton ongi see, mis määratleb...
-
-- prootonite arv aatomi tuumas
-
ja ma räägin aatomi tuumast kohe varsti --
-
määratleb elemendi.
-
Niisiis, see ongi, mis määratleb elemendi.
-
Kui sa vaatad perioodilisustabelit siin,
-
siis näed, et elemendid on kirjutatud aatominumbri järjekorras
-
ja aatominumber ongi
-
prootonite arv elemendi aatomis.
-
Määratluse järgi, vesinikul on 1 prooton,
-
heeliumil on 2 prootonit, süsinikul on 6 prootonit.
-
Sul ei saa olla süsiniku aatomit 7 prootoniga.
-
Kui sul oleks, siis see oleks juba lämmastiku aatom,
-
mitte süsiniku aatom.
-
Hapniku aatomil on 8 prootonit.
-
Kui kuidagi sa lisaksid sinna 1 prootoni,
-
siis see poleks enam hapniku aatom.
-
See oleks fluor. See määratleb elemendi.
-
Prootonite arv määratleb elemendi.
-
Ja aatominumber, prootonite arv,
-
prootonite arv -- ja jäta meelde,
-
see on see number, mis on kirjutatud siia üles
-
igale elemendile perioodilisustabelis
-
-- prootonite arv
-
on võrdne aatominumbriga.
-
Prootonite arv on võrdne aatominumbriga.
-
Ja nad on pannud selle numbri siia üles, kuna
-
see määrab elemendi omadused.
-
Teised kaks aatomi osa
-
-- Ma arvan, et me võime neid nii kutsuda --
-
on elektron ja neutron.
-
Ja see mudel, mille ehitamist võid oma peas alustada
-
-- ja see mudel, kui me keemiat õppime, me näeme, et
-
see muutub natuke abstraktsemaks
-
ja on raske kavandada --
-
aga üks viis, kuidas sellest mõelda, on
-
sul on prootonid ja neutronid,
-
mis asuvad aatomi keskel.
-
Need asuvad aatomituumas.
-
Näiteks, süsinikul, nagu me juba teame, on 6 prootonit.
-
Niisiis, üks, kaks, kolm, neli, viis, kuus.
-
Süsinik-12, mis on üks süsiniku isotoop ehk versioon,
-
omab ka 6 neutronit.
-
Sul võib olla versioone süsinikust,
-
milledel kõigil on eri arv neutrone.
-
Nii nagu neutronite arv võib muutuda, võib ka muutuda elektronide arv,
-
kuid sul on siiski sama element.
-
Prootonite arv muutuda ei saa.
-
Sa muudad prootonite arvu, saad teise elemendi.
-
Las ma joonistan süsinik-12-e aatomituuma.
-
Nii üks, kaks, kolm, neli, viis, kuus.
-
Nii, see siin on süsinik-12 aatomituum.
-
Ja mõnikord on see kirjutatud niiviisi.
-
Mõnikord nad kirjutavad ka
-
prootonite arvu siia.
-
Ja põhjus, miks me kirjutame süsinik-12,
-
-- sa tead ju, ma lugesin kokku 6 neutronit --
-
on see, et see on arv,
-
sa võid vaatada seda arvu, kui
-
-- üks viis selle vaatamiseks,
-
ja me saame nüansse tulevikus juurde --
-
see arv on täielik arv,
-
mis ütleb meile, mitu neutronit ja prootonit on aatomi tuumas.
-
Ja süsinik määratluselt omab aatominumbrit 6,
-
kuid me võime selle uuesti kirjutada siia,
-
et lihtsalt meenutada endale.
-
Nii, süsiniku aatomi keskel on tuum
-
ja süsinik-12-l on 6 prootonit ja 6 neutronit.
-
Teine versioon (isotoop) süsinikust, süsinik-14, omab ikka
-
6 prootonit, kuid 8 neutronit.
-
Niisiis, neutronite arv võib muutuda,
-
aga see on süsinik-12 siin.
-
Ning kui süsinik-12 on neutraalne --
-
ja ma annan natuke nüansse sellele sõnale ka kohe --
-
kui see on neutraalne, siis tal on ka 6 elektroni.
-
Las ma joonistan need 6 elektroni.
-
Üks, kaks, kolm, neli, viis, kuus.
-
Ja üks viis -- ja see võib-olla on esimene viis,
-
kuidas mõelda elektronide ja
-
tuuma suhtele --
-
on kujutleda elektrone
-
liikumas ümber,
-
kihelemas ümber selle tuuma.
-
Üks mudel on, et sa võiksid
-
mõelda neist tiirlemas ümber tuuma,
-
kuid see pole päris õige.
-
Nad ei tiirle nagu planeedid
-
tiirlevad ümber Päikese.
-
Aga see on hea alguspunkt.
-
Teine viis on lihtsalt kujutleda elektrone hüplemas ümber tuuma
-
või nad kihelevad ümber tuuma.
-
Ja see on lihtsalt sellepärast, et
-
siin muutub asi väga imelikuks,
-
ja me peaksime tegelikult rääkima juba kvantfüüsikast,
-
et tõeliselt mõista, mida elektron teeb.
-
Aga esimene kujutletav mudel su peas on selline:
-
aatomi keskel, selle süsinik-12 aatomi keskel,
-
on see tuum.
-
Sul on see tuum siin
-
ja need elektronid hüplevad ümber selle tuuma.
-
Ja põhjus, miks need elektronid
-
lihtsalt ära ei lähe tuuma juurest,
-
miks nad niimoodi seotud on selle tuumaga
-
ja moodustavad selle aatomi,
-
on see, et prootonitel on positiivne laeng
-
ja elektronidel negatiivne laeng.
-
Ja see on üks neist põhiliste osakeste omadustest.
-
Kui sa mõtled sellest,
-
mis on laeng, mitte nimetuse mõttes,
-
see läheb väga keeruliseks.
-
Aga üks asi, mida me teame,
-
kui me räägime elektro-magneetilisest jõust,
-
on see, et eri laengud tõmbuvad.
-
Nii et parim viis sellest mõelda on:
-
prootonid ja elektronid,
-
sest neil on eri laengud,
-
tõmbuvad.
-
Neutronid, nagu nimigi ütleb, on neutraalsed,
-
seega nad lihtsalt "istuvad" tuumas,
-
ja mõjutavad mõningal määral
-
aatomite omadusi.
-
Kuid põhjus, miks elektronid lihtsalt
-
omapead minema ei lenda,
-
on see, et neid tõmbab.
-
Neid tõmbab tuuma poole.
-
Ning neil on ka uskumatult kõrge liikumiskiirus,
-
-- see on tegelikult raske --
-
me hakkame jälle puutuma kokku
-
ühe väga imeliku füüsikaharuga,
-
kui me hakkame rääkima,
-
mida elektron tegelikult teeb
-
-- kui sel on piisavalt --
-
Ma arvan, et võiks öelda, et
-
elektron hüpleb nii palju ringi,
-
sest ta ei taha kukkuda tuuma sisse.
-
Ma arvan, et see on üks viis, kuidas sellest mõelda.
-
Ja nagu ma mainisin, süsinik-12, siin
-
on määratletud prootonite arvu poolest.
-
Hapnik oleks määratletud selle poolest, et tal on 8 prootonit.
-
Kuid jälle, elektronid mõjutavad vastastikku teisi elektrone.
-
Elektrone võib teine aatom ühelt aatomilt ära võtta.
-
Ja see tegelikult kujundab
-
paljutki meie arusaamast keemiast.
-
See põhineb sellel, kui mitu elektroni aatomil on,
-
või kui mitu elektroni teatud elemendi on.
-
Ja kuidas need elektonid on seatud
-
ning kuidas need teiste elementide elektronid on seatud
-
või kuidas on seatud teised sama elemendi aatomid.
-
Me saame ennustada, kuidas ühe elemendi aatom
-
reageerib sama elemendi teise aatomiga
-
või kuidas ühe elemendi aatom -- reageeriks,
-
seonduks, ei seonduks, tõmbaks enda poole
-
või tõukaks teise elemendi aatomit.
-
Niisiis, näiteks,
-
ja me õppime veel palju sellest tulevikus,
-
kas on võimalik mingil teisel aatomil mingis kohas
-
varastada süsiniku aatomilt elektron
-
lihtsalt ükskõik, mille pärast --
-
ja me räägime teatud elementide teatud neutraalsetest aatomitest, millel
-
on suurem külgetõmbavus elektronidega kui teistel.
-
Näiteks, üks, võib-olla üks neist,
-
varastab ehk võtab ära elektroni süsinikult,
-
siis see süsinik muutub,
-
tal on vähem elektrone kui prootoneid,
-
seega tal on 5 elektroni ja 6 prootonit.
-
Süsinikul on nüüd positiivne laeng.
-
Nii, selles süsinik-12-es, esimesel versioonil, mis ma tegin,
-
oli 6 prootonit ja 6 elektroni, laengus nullisid üksteist ära.
-
Kui süsinik kaotab elektroni, siis on ainult 5 elektroni
-
ja süsinikul tekib positiivne laeng.
-
Ning me räägime natuke veel
-
kõigest sellest keemiavideode esitusloendis,
-
kuid loodetavasti, sa mõistad, et
-
juba siin lähevad asjad väga ägedaks.
-
Me juba saame aru sellest ehituskivist
-
nimega aatom.
-
Ja mis on isegi veel vingem, on see, et
-
see "ehituskivi" on "ehitatud"
-
veel väiksematest "ehituskividest".
-
Ja neid saab muuta ja tõsta ümber,
-
et muuta aatomi omadusi
-
või isegi muuta ühe elemendi aatom
-
teise elemendi aatomiks.