-
Mes, žmonės, jau tūkstančius metų
Žiūrėdami į aplinką, supančią mus,
-
Kad yra skirtingų medžiagų. Šios skirtingos medžiagos... dažniausiai turi skirtingas savybes.
-
Ir ne tik savybes: viena medžiaga gali atspindėti šviesą tam tikru būdu, arba jos neatspindėti iš viso.
-
Gali būti tam tikros spalvos ar turėti būdingą temperatūrą; būti skysta, dujinė arba kieta.
-
Bet taip pat mes pradedame pastebėti, kaip tam tikromis sąlygomis medžiagos reaguoja viena su kita.
-
Čia pateikti kelių medžiagų paveikslėliai. Čia yra anglis, kuri yra savo grafito formoje.
-
Čia pateiktas švinas; čia - auksas
-
Ir viskas, ką aš nupiešiau, kieno paveikslėlius čia rodžiau, juos gavau iš štai šio tinklapio
-
Visi jie yra kieti, bet mes taip pat žinome, kad mes..
-
Atrodo, kad juose yra oro, na, tam tikrų oro sudedamųjų dalių
-
ir, priklauso nuo to, į kurias oro sudedamąsias dalis žiūri,
-
ar tai - anglis, deguonis, ar azotas - visi jie turi skirtingas savybes.
-
Arba, yra kitų medžiagų, kurios gali būti skystos
-
ar netgi jeigu pakankamai pakeltum šių medžiagų temperatūrą
-
Jei pakankamai pakeltum aukso ar švino temperatūrą,
-
galėtum gauti skystį.
-
Arba, jei sudegintum šitą anglį,
-
galėtum ją paversti dujomis,
-
galėtum ją paleisti į atmosferą,
-
suardyti jos struktūrą.
-
Taigi tai yra dalykai, kuriuos mes ir
-
visa žmonija stebėjo tūkstančius metų.
-
Bet tai veda į natūralų klausimą,
-
kuris kadaise buvo filosofinis,
-
bet dabar mes galime į jį atsakyti truputį geriau,
-
šis klausimas yra: jei ardytum šią anglį
-
į vis mažesnes ir mažesnes dalis,
-
ir jeigu yra pati mažiausia dalis,
-
mažiausias šios medžiagos kiekis,
-
kuris vis dar turi anglies savybes;
-
Ir jeigu kažkokiu būdu tu jį suskaldytum į dar mažesnes dalis.
-
Ar prarastum anglies savybes?
-
Ir atsakymas yra: taip.
-
Ir tam, kad pereitumėme į savo terminologiją,
-
mes šias skirtingas medžiagas, šias grynas medžiagas,
-
kurios skirtingoje temperatūroje turi skirtingas savybes,
-
ir reaguoja tik tam tikrais būdais,
-
jas mes vadiname elementais.
-
Anglis yra elementas. Švinas yra elementas. Auksas yra elementas.
-
Tu gali sakyti, kad vanduo - taip pat elementas.
-
Ir senovėje žmonės vadino vandenį elementu.
-
Bet dabar mes žinome, kad vanduo yra sudarytas iš paprastesnių elementų.
-
Jis sudarytas iš deguonies ir vandenilio.
-
Ir visi mūsų elementai yra surašyti štai čia -
-
periodinėje elementų lentelėje.
-
C atstoja anglies elementą
-
- dabar aš tiesiog einu per tuos elementus,
-
kurie yra svarbūs žmonijai,
-
bet laikui bėgant tu tikriausiai susipažinsi su visais šiais elementais.
-
Čia yra deguonis. Čia - azotas. Čia - silicis.
-
Čia yra... Au yra auksas. Štai čia - švinas.
-
Ir pats mažiausias bet kurio šių elementų vienetas yra atomas.
-
Taigi jeigu kastumeis gilyn
-
ir šitai dalintum į mažesnes ir mažesnes daleles,
-
galiausiai prieitum anglies atomą.
-
Darydamas tą patį štai čia,
-
galiausiai prisikastum iki anglies atomo.
-
Jei darytum tą patį čia -
-
galiausiai gautum šiek tiek šito mažo
-
--dėl tinkamesnio žodžio trūkumo -- dalelę,
-
kurią pavadintum švino atomu.
-
Ir tu nebegalėtum jo daugiau skaldyti
-
ir vis dar vadinti tai švinu
-
už tų pačių savybių turėjimą.
-
Ir tam, kad padėčiau tau suprasti,
-
--tai yra toks dalykas, kurį man labai sunku įsivaizduoti --
-
yra tai, kad atomai yra neįtikėtinai maži.
-
Tikrai - neįsivaizduojamai maži.
-
Taigi, pavyzdžiui, anglis.
-
Mano plaukai taip pat yra sudaryti iš anglies.
-
Tiesą sakant didžioji dalis manęs yra iš anglies.
-
Tiesą sakant, didžioji dauguma gyvų organizmų yra iš anglies.
-
Taigi, jei paimtum mano plaukus. Mano plaukai yra iš anglies.
-
Daugiausiai iš anglies.
-
Taigi, jei paimtum mano plauką štai čia
-
--mano plaukas nėra geltonas,
-
bet su juoda spalva susidaro gražus kontrastas.
-
Mano plaukai yra juodi, bet jei nupieščiau juodus,
-
tu negalėtum matyti to per ekraną.
-
Bet jei paimtum mano plauką štai čia, aš paklausčiau tavęs,
-
kiek anglies atomų sudaro mano plauką iš pločio?
-
Taigi jeigu padarytum skersinį mano plauko pjūvį - ne plauko ilgio,
-
bet pločio, ir paklaustum:
-
kiek anglies atomų yra per plauko plotį?
-
Ir tu galėtum spėti: ak, Sal man jau sakė, kad jis labai mažas,
-
taigi galbūt ten yra tūkstantis anglies atomų
-
arba dešimt tūkstančių, arba šimtas tūkstančių
-
ir aš pasakyčiau: "ne"!
-
Ten yra vienas milijonas anglies atomų.
-
Arba galėtum surišti milijoną anglies atomų
-
per vidutinį žmogaus plauko plotį.
-
Ir akivaizdu, kad tai - apytikslis skaičius,
-
ten nėra lygiai vieno milijono,
-
bet tai leidžia tau suprasti, koks mažas yra atomas.
-
Žinai, ištrauk plauką iš savo galvos
-
ir paprasčiausiai įsivaizduok, kad sudedi milijoną kažkokių daiktų
-
greta vienas kito skersai plauką,
-
ne plauko ilgį, bet plotį.
-
Sunku pamatyti net plauko plotį,
-
ir ten milijonas anglies atomų
-
būtų tame neįmatomame plauko plotyje.
-
Jau vien šitai yra ganėtinai šaunu
-
--Mes jau žinome, kad
-
yra pats paprasčiausias anglies statybinis blokelis,
-
šis pats paprasčiausias bet kurio elemento statybinis blokelis.
-
Bet dar šauniau yra tai, kad
-
šie elementarūs statybiniai blokeliai yra susiję vieni su kitu.
-
Anglies atomas yra sudarytas iš dar svarbesnių dalelių..
-
Aukso atomas yra sudarytas iš dar svarbesnių dalelių.
-
Ir, tiesą sakant, šie elementai yra apibūdinami pagal
-
šių esminių dalelių išsidėstymą.
-
Ir jei norėtum pakeisti
-
turimų esminių dalelių skaičių,
-
tu galėtum pakeisti to elemento savybes,
-
tai, kaip jis reaguoja
-
ar netgi pakeisti patį elementą.
-
Ir vien tam, kad suprastum šiek tiek geriau,
-
pakalbėkime apie šias esmines daleles.
-
Taigi, turime protoną.
-
Ir protonas, tiesą sakant, apibūdina
-
-- protonų skaičius atomo branduolyje
-
ir aš pakalbėsiu apie branduolį po sekundėlės --
-
protonai apibūdina elementą.
-
Štai, kas apibūdina elementą.
-
Kai pasižiūri į periodinę lentelę štai čia,
-
jie yra surašyti atominio skaičiaus didėjimo tvarka
-
ir atominis skaičius yra
-
tiesą sakant tiesiog protonų skaičius elemente.
-
Taigi, pagal apibūdinimą, vandenilis turi 1 protoną.
-
Helis turi 2 protonus. Anglis turi 6 protonus.
-
Tu negali turėti anglies su 7 protonais.
-
Jei turėtum, tai jau būtų azotas,
-
nebe anglis.
-
Deguonis turi 8 protonus.
-
Jei kažkokiu būdu čia pridėtum dar vieną protoną,
-
tai jau nebebūtų deguonis.
-
Tai jau būtų fluoras, taigi tai apibūdina elementą.
-
Tai apibūdina elementą.
-
Ir atominis skaičius, protonų skaičius,
-
protonų skaičius -- ir prisimink,
-
kad tai yra skaičius, kuris parašytas štai čia, viršuje,
-
kiekvienam elementui periodinėje lentelėje --
-
Protonų skaičius
-
yra lygus atominiam skaičiui.
-
Yra lygus atominiam skaičiui.
-
Ir jie parašė tą skaičių čia, nes jis yra
-
pagrindinis bruožas, apibūdinantis elementą.
-
kitos dvi atomo sudedamosios dalys
-
-- Manau, jas mes taip galėtume vadinti --
-
yra elektronas ir neutronas.
-
Ir modelis, kurį gali pradėti statyti savo galvoje,
-
-- ir šis modelis, kai chemijoje eisime pirmyn, pamatysime,
-
taps mažumėlę abstraktesnis
-
ir ganėtinai sudėtingas suvokti --
-
bet vienas būdas mąstyti apie tai
-
tu turi protonus ir neutronus,
-
kurie yra atomo centras.
-
Jie yra atomo branduolys.
-
Taigi, pavyzdžiui, anglis, kaip žinome, turi 6 protonus.
-
Taigi vienas, du, trys, keturi, penki, šeši.
-
Anglis 12, kuris yra vienas anglies variantas,
-
taip pat turės 6 neutronus.
-
Tu gali turėti anglies variantus,
-
kurie turi skirtingą neutronų skaičių.
-
Taigi neutronai gali keistis, elektronai gali keistis,
-
bet tu vis tiek turėsi tą patį elementą.
-
Protonai keistis negali.
-
Pakeitęs protonų skaičių gausi visai kitą elementą.
-
Taigi leisk man nupiešti anglies 12 branduolį.
-
Taigi vienas, du, trys, keturi, penki, šeši.
-
Taigi štai čia yra anglies 12 branduolys.
-
Ir kartais jis gali būti užrašytas štai taip.
-
Ir kartais jie, tiesą sakant, taip pat rašys
-
ir protonų skaičių.
-
Ir priežastis, dėl kurios mes rašome, jog tai yra anglis 12,
-
--žinot, kad suskaičiavau 6 neutronus --
-
yra ta, kad tai yra bendras
-
tu galėtum į tai žiūrėti kaip į bendrą skaičių
-
-- vienas būdas į tai žvelgti,
-
ir ateityje mes susidursime su keliais niuansais --
-
yra tai, kad čia yra bendras protonų ir elektronų skaičius
-
elemento branduolyje.
-
ir ši anglis pagal apibrėžimą turi atominį skaičių 6,
-
bet mes galime jį perrašyti čia
-
vien tam, kad galėtume sau priminti.
-
Taigi anglies atomo centre mes turime šį branduolį.
-
Ir anglis 12 turės 6 protonus ir 6 neutronus.
-
Kitas anglies variantas, anglis 14, vis dar turės
-
6 protonus, bet taip pat ji jau turės 8 neutronus.
-
Taigi neutronų skaičius gali keistis,
-
bet štai čia yra anglis 12.
-
Ir jei anglis 12 yra neutrali,
-
-- ir apie tai aš taip pat šiek tiek papasakosiu po sekundėlės --
-
jei ji neutrali, ji taip pat turės ir 6 elektronus.
-
Taigi leisk man nupiešti tuos 6 elektronus.
-
Vienas, du, trys, keturi, penki, šeši.
-
Ir vienas būdas -- ir veikiausiai pats pirmiausias
-
mąstymo apie santykius
-
tarp elektronų ir branduolio --
-
yra tas, kad tu gali įsivaizduoti, jog elektronai
-
lyg ir juda,
-
sukinėjasi aplink šį branduolį.
-
Vienas modelis yra tas, kad tu gali
-
mąstyti, jog jie sukasi aplink branduolį orbitomis
-
bet tai nėra visiškai teisinga.
-
jie nesisuka kaip, tarkim, planetos
-
sukasi aplink Saulę.
-
Bet tai yra geras pradžios taškas.
-
Kitas būdas mąstyti apie tai - įsivaizduoti, kad jie šokinėja aplink branduolį
-
arba sukinėjasi aplink branduolį.
-
Ir taip yra tik todėl, kad
-
realybė šiame lygmenyje tampa labai keista
-
ir mes turėsime pereiti į kvantinę fiziką, kad
-
visiškai suprastume, ką elektronas daro.
-
Bet pirmas logiškas modelis tavo galvoje yra:
-
šio atomo, šio anglies 12 atomo, centre
-
tu turi šį branduolį.
-
Tu turi šį branduolį štai čia.
-
Ir šitie elektronai šokinėja aplink šį branduolį.
-
Ir priežastis, kodėl šie elektronai
-
tiesiog nenuskrenda nuo branduolio,
-
kodėl jie yra tarytum surišti su šiuo branduoliu,
-
ir jie sudaro dalį šio atomo,
-
yra ta, kad protonai turi teigiamą krūvį,
-
o elektronai turi neigiamą krūvį.
-
Ir tai yra viena iš šių esminių dalelių savybių.
-
Kai pradedi mąstyti apie tai,
-
kas iš esmės yra krūvis,
-
tai tampa daugiau ar mažiau gilu.
-
Bet vienas dalykas, kurį mes žinome,
-
kai kalbame apie elektromagnetines jėgas,
-
yra tai, kad priešingi krūviai traukia vienas kitą.
-
Taigi geriausias kelias mąstyti apie tai yra:
-
protonai ir elektronai,
-
dėl to, kad jie turi priešingus krūvius,
-
traukia vienas kitą.
-
Neutronai yra neutralūs,
-
todėl jie tiesiog sėdi štai čia, branduolio viduje
-
ir tam tikru lygiu veikia savybes
-
tam tikrų elementų atomams.
-
Bet priežastis, kodėl elektronai
-
ne tiesiog savarankiškai skraido,
-
yra dėl to, kad jie yra traukiami.
-
Juos traukia branduolys.
-
Ir jie taip pat turi neįtikėtinai didelį greitį
-
--tiesą sakant, jis sunkus.. --
-
ir vėl mes paliečiame
-
labai keistą fizikos dalį
-
vos pradedame kalbėti apie tai,
-
ką konkrečiai elektronas daro
-
--bet tai turi pakankamai --
-
Manau, galėtum pasakyti,
-
kad jis šokinėja aplink pakankamai,
-
kad jie nenori nukristi į branduolį
-
Manau, tai yra vienas iš mastymo apie tai būdų.
-
Ir taip pat, aš paminėjau anglį 12 štai čia,
-
apibūdintą protonų skaičiumi.
-
Deguonis būtų apibūdinta kaip turintis 8 protonus elementas.
-
Bet ir vėl, elektronai gali sąveikauti su kitais elektronais.
-
Juos gali atimti kiti atomai.
-
Ir būtent tai suformuoja
-
didelę dalį mūsų chemijos supratimo.
-
Tai yra pagrįsta tuo, kiek elektronų turi atomas,
-
ar tam tikras elementas.
-
Ir tai, kaip šie elektronai yra sukonfigūruoti,
-
ir kaip šių elementų elektronai yra sukonfogūruoti,
-
ar galbūt kitų to paties elemento atomų.
-
Mes galime pradėti numatyti, kaip vieno elemento atomas
-
gali reaguoti su kitu to paties elemento atomu
-
ar kito elemento atomu -- kaip jis galėtų reaguoti,
-
ar kaip jis palaikytų ryšį, ar nepalaikytų, ar būtų traukiamas,
-
ar atstumtų kito elemento atomą.
-
Taigi, pavyzdžiui
-
ir ateityje apie tai mes sužinosime daug daugiau,
-
yra: yra įmanoma kitam atomui tam tikroje vietoje
-
išmušti elektroną iš anglies
-
tik dėl kažkokios priežasties --
-
ir mes pakalbėsime apie tam tikrus neutralius tam tikrų elementų atomus,
-
kurie turi didesnę trauką elektronams, nei kiti.
-
Taigi vienas, galbūt vienas iš šių,
-
išmuša elektroną iš anglies
-
ir tada ši anglis
-
turės mažiau elektronų nei protonų,
-
taigi tuomet mes turėsime 5 elektronus ir 6 protonus.
-
Ir tuomet mes turėsime bendrą teigiamą krūvį.
-
Taigi šiame anglies 12 atome, pirmoje versijoje, kurią nupiešiau,
-
turėjau 6 protonus, 6 elektronus, krūvių nebuvo.
-
Jei prarasčiau elektroną, beturėčiau tik 5,
-
ir tuomet turėčiau bendrą teigiamą krūvį.
-
Ir mes kalbėsime kur kas daugiau
-
apie visa tai per visą šį chemijos grojaraštį,
-
bet tikiuosi, kad tu manai, jog
-
tai jau darosi labai "kieta"
-
Mes jau galime išnagrinėti šį esminį statybinį blokelį,
-
vadinamą atomu.
-
Ir, kas dar "kiečiau",
-
šitas esminis statybinis blokas yra pastatytas iš
-
dar svarbesnių statybinių blokų.
-
Ir visi šie dalykai gali būti apkeisti
-
tam, kad pasikeistų atomo savybės,
-
ar netgi pereitų iš vieno elemento atomo
-
į kito elemento atomą.