Elements and Atoms

How elements relate to atoms. The basics of how protons, electrons and neutrons make up an atom.

I tusentals år har mänskligheten vetat, bara genom att studera vår omgivning

att det finns olika ämnen, och dessa olika ämnen har olika egenskaper

De har inte bara olika egenskaper, vissa reflekterar ljus medan andra gör det inte alls

Vissa har en färg, eller en viss temperatur ; de är flytande gasformiga eller fasta

Men vi kan också observera hur de reagerar med varandra under specifika omständigheter

och här ser du en bild av vissa av dessa ämnen. Det här är kol, i form av grafit

Den här är bly, den här guld.

Och alla dessa som jag har målat -- som jag har visat som bilder har jag fått från den här webbsidan

Alla är i fast form, men vi vet också att vi...

Det ser ut som det finns en viss mängd av luft i dem, som du vet, vissa typer av luftpartiklar

och beroende på vilken sorts luftpartiklar man tittar på

huruvida det är kol, syre eller kväve, verkar de ha olika typer av egenskaper.

Eller, det finns andra saker som kan vara vätska

eller trots att du ökar temperaturen tillräckligt högt

Om du ökar temperaturen tillräckligt högt på guld eller bly

så omvandlas de till vätska

Eller om du på sätt och vis eldar upp kolet

så kan du omvandla det till gasfas

du kan släppa ut det i atmosfären

du kan bryta dess struktur.

Så detta är saker som vi

har observerat i tusentals år.

Men det ledde till en naturlig fråga

som brukade vara en filosofisk fråga

men nu kan vi besvara den lite bättre

och den frågan är, om du fortsätter bryta ner den här kolen

till mindre och mindre bitar,

finns det någon minsta del,

någon minsta enhet av den här saken, av det här ämnet

som fortfarande har kolets egenskaper?

Och om du på något sätt skulle bryta ner det ännu mer,

skulle du förlora kolets egenskaper?

Och svaret är: det finns.

och för att komma in i terminologin

så kallar vi dessa olika substanser, som är rena substanser

dessa rena substanser som har dessa specifika egenskaper vid vissa temperaturer

and reagerar på vissa sätt,

Vi kallar dom grundämnen

Kol är ett grundämne, bly är ett grundämne, guld är ett grundämne

Du kanske säger att vatten är ett grundämne,

historiskt sett har folk refererat till vatten som ett grundämne,

men nu vet vi att vatten är uppbyggt av flera grundämnen.

det är uppbyggt av syre och väte,

och alla våra grundämnen är listade här

i vårt periodiska system

C står för kol

-- Jag har bara tänkt ta upp de som är

väldigt relevanta för mänskligheten

-- men med tiden kommer du antagligen att bekanta dig med alla dessa.

Det här är syre, det här är kväve, det här är kisel.

Det här -- Au är guld. Det här är bly.

Och grundenheten av alla dessa element är atomen.

Så om du fortsätter gräva dig in

och fortsätter ta mindre och mindre bitar av det här,

får du tillslut en kolatom

Gör samma sak här,

tillslut får du en guldatom.

Gjorde du samma sak här borta,

skulle du tillslut få några av dessa lite mindre --

i brist på ett bättre ord -- partikel

som du kallar en blyatom.

Och du skulle inte kunna bryta ner den längre

och fortfarande kalla det bly.

den har fortfarande blyets egenskaper.

För att ge dig en uppfattning

-- det här är verkligen någonting som jag har problem att föreställa mig

-- är att atomer är otroligt små.

egentligen ofattbart små

Så till exempel, kol.

Mitt hår är också gjort av kol.

I själva verket det mesta av mig är gjort av kol.

I själva verket det mesta av alla levande varelser är gjort av kol.

Så om du tog mitt hår, det är gjort av kol

Mitt hår är till största del kol.

Så om du tog mitt hår här borta

-- mitt hår är inte gult

men det blir en bra kontrast mot det svarta.

Mitt hår är svart, men om jag gjorde det s

kulle ni inte kunna se det på skärmen.

Men om du tog mitt hår här och jag skulle fråga dig

hur många kolatomer brett är mitt hårstrå?

Så om du tog ett tvärsnitt av mitt hår, inte på längden,

utan bredden och sa

hur många kolatomer brett är det?

Och du kanske skulle gissa, oh, Sal har redan berättat för mig, den är väldigt liten

så kanske är det ett tusen kolatomer där,

eller tio tusen, eller hundra tusen,

and jag skulle säga, nej!

Det är en miljon atomer.

Eller du kan spänna en miljon kolatomer över bredden

av ett genomsnitt människohårstrå.

OCh det är självklart en uppskattning,

det är inte exakt en miljon

men det ger dig en känsla av hur liten en atom är

Du vet, dra av ett hårstrå av ditt huvud

och föreställ dig att sätta en miljon saker

bredvid varandra över hårstrået,

inte längden på håret utan stråets bredd.

Det är till och med svårt att se bredden på ett hårstrå.

Och det skulle vara en miljon kolatomer

bara längs den.

Det skulle vara ganska tufft om

--vi vet att

det är den mest grundläggande byggstenen som bygger upp kol

den mest grundläggande byggstenen av alla grundämnen

Men en sak som är intressantare är

att dessa byggstenar är besläktade med varandra

En kolatom är byggd av ändå fundamentalare partiklar

En guldatom är byggd av ändå fundamentalare partiklar

Och det som gör dem är

hur dessa fundamentala partiklar är arrangerade

Om du skulle förända

antalet fundamentala partiklar

så skulle du förända grundämnets egenskaper

hur det reagerar

och du skulle även förändra själva grundämnet

för att man ska förstå lite bättre

så behöver vi prata om de fundamentala partiklarna

Du har en proton

Protonen är egentligen definitionen

--antalet protoner som återfinns i atomkärnan

Jag kommer att berätta om kärnan om en sekund.

som bestämmer vilket grundämne det är

Så det är det som bestämmer grundämnet

När du tittar på det periodiska systemet

så är de skrivna i atomnummerordning

och atomnumret är

samma sak som antalet protoner som grundämnet har i kärnan

Enligt den definitionen så har väte 1 proton

helium 2 protoner, kol 6 protoner

Det finns inget kol som har 7 protoner

för då har du kvävet

och det skulle inte vara kol längre

syre har 8 protoner

om du av någon anledning skulle addera en till proton

så skulle det inte vara syre längre

utan fluor. Så det är antalet protoner som bestämmer vilket grundämne det är

Definierar grundämnet

Atomnumret, antalet protoner

antalet protoner - kom ihåg

att numret som står skrivet längst upp

hos alla grundämnen i det periodiska systemet

är antalet protoner

är likamed atomnumret

är likamed atomnumret

och de skriver det numret här för att

det definierar grundämnets egenskaper

de andra två delarna hos en atom

--jag antar att vi kan kalla dem för det--

är elektronen och neutronen

Modellen som du kan börja bygga i ditt huvud

---den här modellen, när vi studerar kemi så kommer vi att se

att det kommer att bli mer abstrakt

och riktigt svårt att föreställa sig --

men ett sätt att tänka på det är

att du har protoner och neutroner

i atomens mitt

De är atomens kärna

Så till exempel, kol, som vi vet, har sex protoner.

Så en, två, tre, fyra, fem, sex.

Kol 12, vilket är en variation av kol, som också har

sex neutroner.

Du kan ha variationer av kol

som har olika antal neutroner.

Så antalet neutroner kan förändras, antalet elektronerna kan förändras,

men du har fortfarande samma ämne.

Protonerna kan inte ändras.

Om du ändrar protonerna, så få du ett annat ämne.

Så låt mig rita en kol 12 kärna.

Så en, två, tre, fyra, fem sex.

Så det här är kärnan av en kol 12.

Och ibland skrivs det så här.

Och ibland skriver dom faktiskt antalet

protoner också.

Och anledningen varför vi skriver kol 12 --

ni vet att jag räknade till sex neutroner --

är att det totala antalet

du kan se det som det totala antalet av

-- ett sätt att se det

och vi får en liten betydelseförändring i framtiden

--- är att det totala antalet av

protoner och neutroner i kärnan

Kolet har enligt definitionen atomnummer 6

men vi kan skriva om det

så att vi påminner oss själva

I mitten av kolatomen återfinner vi dess kärna

och en kol 12 har 6 protoner och 6 neutroner

en annan version, isotop, av kol är kol 14. Den har fortfarande

6 protoner men har också 8 neutroner

Så antalet neutroner kan förändras

men det är kol 12 som vi kan se här

och om kol 12 är neutral --

Jag kommer att ge lite nyans till det ordet om några sekunder..

om det är neutralt så kommer den också ha 6 elektroner

Låt mig rita ut de 6 elektronerna

1,2,3,4,5,6

på sätt och vis -- så är detta det första sättet

som man kan tänka på relationen

mellan elektroner och kärnan

så du kan föreställa dig att elektronerna

rör sig runt

far runt kärnan

En modell är att du på sätt och vis kan

tänka dig som om de cirkulerar runt kärnan

men det är inte helt rätt

De cirkulerar inte som en planet

cirkulerar runt solen

Men det är en bra början

ett annat sätt att se det är som om du hoppar omkring runt kärnan

eller surrar omkring kärnan

och det är pga

att verkligheten blir lite konstig på den här nivån

och vi måste passera över till kvantfysiken

för att verkligen förstå vad elektronen gör

Men som en första mental modell i ditt huvud är

att i mitten av atomen, av den här kol 12 atomen,

så har du dess kärna

Här har du kärnan

och elektronerna far runt kärnan

och anledningen till att dessa elektroner

inte bara lämnar kärnan

är att det finns en sorts dragningskraft mellan dem och kärnan

och tillsammans så bildar de atomen

Protonen har positiv laddning

och elektronen har negativ laddning

och det är en av egenskaperna hos dessa fundamentala partiklar

När du börjar tänka på det

så är en laddning egentligen bara en märkning

och det börjar gå ganska djupt

Men vi känner till en sak

när vi pratar om elektromagnetisk kraft

och det är att olika laddningar attraherar varandra

Så man kan tänka på det som

protoner och elektroner

eftersom de har olika laddning

så attraherar de varandra

Neutroner är neutrala

så de finns bara i kärnan

och påverkar egenskaperna på något vis

hos vissa av atomerna

Men anledningen till att vi inte har elektroner

som sticker iväg själva

är för att de attraheras

De attraheras av kärnan

De har också en otroligt hög hastighet

- det är svårt för --

vi börjar vidröra en

svår del av fysiken igen

när vi börjar prata om

vad en elektron egentligen gör

men den har tillräckligt

Jag antar att man kan säga

att den hoppar omkring tillräckligt

så att den inte dras in mot kärnan

Jag antar att det är ett sätt att se på det.

Jag nämnde att kol12

är definierad av antalet protoner

Syre är då definierad av att den har 8 protoner

Men nu upprepar jag mig, elektroner kan interagera med andra elektroner

Andra atomer kan ta dem

och då börjar vi

förstå mycket mer kemi

Den är baserad på hur många elektroner en atom har

eller ett grundämne har

hur dessa elektroner är konfigurerade

och hur elektronerna hos andra grundämnen är konfigurerade

eller kanske andra atomer av samma grundämne

Nu kan vi börja förutse hur en atom av ett grundämne

kommer att reagera med andra atomer av samma grundämne

eller en atom av ett grundämne -- hur den kan reagera med

eller binda ihop sig, eller inte binda ihop sig, eller attraheras av

eller stöta ifrån atomer från andra grundämnen

Till exempel

Vi kommer att lära oss mer om detta i framtiden

är det möjligt för en annan atom, någonstans

att knycka en elektron från en kolatom

av någon anledning

och vi pratar om vissa neutrala atomer av vissa grundämnen

som har större affinitet för elektroner än andra, förmåga att attrahera elektroner än andra

Så en, kanske en av dessa

knycker en elektron från kolatomen

och den här kolatomen kommer att ha

färre elektroner än protoner

så vi har 5 elektroner och 6 protoner

Den totala laddningen blir då positiv

Så i den första versionen av kol 12, hade vi

6 protoner och 6 elektroner och laddningarna tog ut varandra

men om den tappar en elektron så den bara har 5 elektroner

så skulle den totala laddningen bli positiv

Vi kommer att prata mycket mer om det

i de andra videorna som du hittar i kemispellistan

men hoppas att du har sett att det här

redan börjar att bli väldigt intressant

Vi kan redan se dessa fundamentala byggstenar

som kallas för atomer

Det som är ändå intressantare är att

dessa fundamentala byggstenar är uppbyggda av

ännu fundamentalare byggstenar

och att dessa kan alla bytas

för att förändra egenskaperna hos en atom

eller tom gå från ett grundämne

till ett annat grundämne