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标题:元素与原子

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    人类早已知晓
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    只需留意周遭的环境
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    就会发现不同的物质
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    这些不同的物质 往往会有不同的性质
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    不仅仅是性质不同
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    可能一种物质会以某种方式反射光 而另一种却不能
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    这种物质或有某种颜色 或在特定的温度下
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    变成液体、气体、固体
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    但我们也开始观察
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    它们是如何在某些情况下相互反应的
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    这里有几张这些物质的照片
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    这张是在石墨形态下的碳的照片
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    这里这张是铅 这张是金
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    我做了标记的这些照片
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    也就是在此给大家展示的图片
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    都是我在这个网址里找到的
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    这些都是在固态下的照片
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    不过我们也知道 某种空气
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    某些空气粒子
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    当所观察的空气粒子的类型不同
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    例如碳、氧、氮
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    它们的性质都有所不同
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    或者是其他的东西 比如液体
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    可能只需将这些物质的温度提到足够的高
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    例如 将金或铅的温度提到足够高
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    你就能得到液态的金或铅 又或者
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    如果把碳燃烧 就可以将它转化为气态
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    还可以将其释放到大气中
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    还可以打破它的结构
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    这些是我们人类上千年来 通过各种方法
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    观察得来的知识
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    但是 这指向了一个自然问题
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    很久以前 这是一个哲学问题
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    不过我们现在可以更好地回答这个问题了
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    这个问题就是 如果你不断将一块固体碳
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    切得越来越小
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    能不能切到最小
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    最终得到碳的最小单位?
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    如果继续将它切小
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    它会不会失去碳的特性?
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    问题的答案是肯定的
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    因此 我们先来学习一个术语
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    我们称这些不同的物质
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    这些纯净的
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    在某些温度下
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    有特殊性质、有不同的反应的物质
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    我们称之为元素
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    碳是一种元素 铅是一种元素 金亦是一种元素
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    你或许会认为水是一种元素 而且在历史的长河中
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    古人也曾称水为元素
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    但现在我们知道 水是由更为基本的元素组成的
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    它是由氧元素和氢元素所组成
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    现今发现的所有元素
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    都列在元素周期表上
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    C代表碳
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    下面我只介绍一下
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    几种较为常用的元素
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    随着时间的推移
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    你或许会熟悉所有这些元素
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    这是氧元素 这是氮元素 这是硅元素
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    这是Au――金 这是铅
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    然而 这些元素的最基本单位都是原子
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    所以 如果你不断地拆分它
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    把它拆得越来越小
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    最终你会得到一个碳原子
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    对金做同样的事
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    最终你会得到一个金原子
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    同样 对铅做相同的事
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    最终你会得到一些很小的
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    用一个比粒子更好的词 我们可以称之为铅原子
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    然后就不能再将其
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    拆分成更小的“铅”了
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    它不再会拥有铅的性质
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    坦白说
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    这真是一些太难以想象了
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    原子真是难以置信的小
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    难以想象的小 举个例子 碳原子
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    我的头发也是由碳原子构成的
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    事实上 我身体的很大一部分都是由碳原子构成的
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    事实上 大部分的生物都是由碳原子构成的
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    所以 如果你把我的头发。。。 当然我的头发是碳
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    我的头发绝大部分都是碳
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    所以 如果把我的头发放在这 我的头发不是黄色的
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    但它和黑色形成了很好的对比
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    我的头发是黑色的 不过就算我把头发放在这里
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    你们在屏幕上也看不到
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    但是如果把我的头发放在这里
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    我会问 我的头发有多少个碳原子宽?
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    如果给我的头发丝做一个横截面
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    不是纵切 是横着切
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    有多少个碳原子那么宽呢?
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    你或许会猜 Sal已经告诉过我了 它很小很小
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    所以 有一千个碳原子?
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    或一万个? 或十万个?
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    但我的回答是 错! 它有一百万个碳原子
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    如果你把一百万个碳原子排成一列
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    就可以得到人类头发丝的平均直径
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    这显然是一个近似值 它不是精确的一百万
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    不过它可以让你感觉到原子是多么的小
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    拔一根头发 然后试着想象一下
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    头发丝中并排放置一百万个小东西
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    不是顺着头发 而是头发的宽度
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    我们甚至很难观测到头发的直径
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    更何况是一百万个碳原子 仅是它的直径
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    这本身就很酷
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    我们知道 碳原子是碳最基础的组成部分
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    原子是所有元素最基础的单位
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    但更为整洁的是 那些最基本的单位――原子
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    是相互关联的
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    一个碳原子是由更为简单的粒子所组成的
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    一个金原子也是由更为简单的粒子所组成的
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    它们实际上是
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    由这些基本粒子的排列方式来确定的
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    如果你要去改变这些基本粒子的数量
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    改变这最基本的粒子的原有个数 你可以
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    改变这种原子的特性 以及它发生的反应
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    甚至可能改变元素的种类
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    试着好好的理解
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    让我们先来聊聊那些更基本的粒子
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    首先是质子
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    质子实际上有决定性的意义
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    原子核里的质子数量
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    等会我们再聊聊原子核
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    这就是决定元素种类的东西
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    决定元素种类的东西
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    当你看这里这张元素周期表时
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    它们实际上是按照原子序数排列的
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    原子序数 实际上
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    就是这种元素的质子数
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    根据定义 氢原子有1个质子
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    氦原子有2个质子 钙原子有6个质子
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    你找不到有7个质子的碳原子
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    如果你真找到了 那它就是氮原子 不是碳原子了
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    氧原子有8个质子
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    如果你通过某种方式给它加1个质子
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    它就不再是氧了 它会变成氟
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    所以 质子数决定了元素
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    质子数决定了元素
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    原子序数 也就是质子的数量
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    质子的数量――记住 是它的数量
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    写在最上方的这里
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    写在元素周期表上的每个元素的上方
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    质子数等于原子序数
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    质子数是等于原子序数的
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    原子序数写在这上面
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    因为它能确定一种元素
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    原子的另外两种组成部分
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    我想我们可以直接用术语来说
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    是电子和中子
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    然后 你可以自己在脑袋里搭建一个原子模型
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    这个模型 在我们学习化学的过程中会发现
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    它会变得更加抽象
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    真的很难给它一个概念
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    但是我们可以先来想象
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    在原子的中心是质子和中子
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    它们构成一个原子的原子核
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    比如说碳原子 我们知道有6个质子
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    所以一、二、三、四、五、六
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    碳12 是其中一种碳原子
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    它有6个中子
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    你会发现碳原子有很多种类
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    它们的不同 在于它们的中子数不同
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    所以中子数可以不同 电子数也可以不同
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    改变之后它还是相同的元素
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    只有质子数不能变
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    只要质子数一改变 你就会得到不同的元素
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    所以 让我来画个碳12的原子核
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    一、二、三、四、五、六
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    所以 这就是碳12的原子核
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    有时候可以写成这样
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    有时候会在下面标上数字
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    这个数字也就是质子的数量
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    所以说称之为碳12的原因就是――
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    这里有6个中子
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    12是一个总数
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    你可以把它看作
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    一种研究这粒子的方式
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    这个数值的不同 在将来的课程中会有细微的差别
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    这是原子核中
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    质子和中子的总数
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    碳的原子序数是6
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    我们可以写在这里提醒自己
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    所以在碳原子的中心 这个原子核
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    碳12有6个质子和6个中子
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    而另一种碳原子 碳14
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    仍有6个质子
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    不过有8个中子
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    中子的数量是可以不同的
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    这个是碳12
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    如果这个碳12是中性的
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    我等会也会在这里做些细微的改变
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    如果它是中性的 它还会有6个电子
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    让我来画那6个电子
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    一、二、三、四、五、六
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    第一点我们会想到的是
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    电子和质子的关系
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    你可以想象这些电子
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    像蜜蜂一样在原子核周围转圈
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    有一种模型是 你可以想象它们
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    像行星一样绕着原子核运动 但是这并不完全正确
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    它们不会像行星一样按着特定的轨道运行
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    像太阳系的行星绕着太阳运行那样
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    不过那是很好的想象的起点
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    另外它们还会在原子核周围跳来跳去
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    或者说它们在原子核周围乱动
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    这是事实
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    虽然在这个层面上显得特别古怪
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    实际上 我们要学习量子物理学
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    才能真正理解这些电子的运动
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    不过你脑袋里第一个物质模型
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    就是在碳12原子的中心
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    有这个原子核
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    在这里 有这个原子核
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    然后这些电子在原子核周围跳来跳去
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    这些电子之所以
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    不会远离原子核
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    它们像是被束缚在原子核周围的原因
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    让它们构成了原子一部分的原因
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    就是 质子带正电荷
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    质子带正电荷 而电子带负电荷
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    这是这些粒子的性质之一
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    如果你开始思考
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    为什么是电荷而不是中子数?
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    那么也就开始深入这个问题了
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    不过我们熟悉的是
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    电磁力
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    例如正负电荷彼此吸引
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    所以最佳的想法就是:质子和电子
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    因为带有不同的电荷
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    它们互相吸引 而中子是电中性的
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    所以它们只是老实呆在原子核里
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    对于某些元素来说 中子数确实会
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    在某种程度上影响这种物质的特性
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    不过电子不会飞离原子核的真正原因是
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    电子和质子是相互吸引的
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    电子被原子核吸引
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    另外 电子还拥有快得难以置信的速度
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    这对于我们初学者来说也是很难理解的
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    要讲电子在做怎样的运动的话
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    得扯到很深的物理知识――不过已经足够了
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    知道它在原子和周围乱跳就足够啦
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    因为它们不想被原子核吸进去
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    我想这是一种解释方法
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    另外 我刚刚提到了碳12
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    元素种类由质子数决定
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    氧原子是有8个质子的原子
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    不过再次提醒 电子也会相互作用
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    它们也有可能被其它原子拐走
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    这实际上构成了大部分的化学理论
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    例如一个原子有多少个电子
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    或是某种元素有多少个电子
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    以及这些电子的排列方式
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    以及其他元素的电子的排列方式
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    或者这种元素的其他原子
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    由此我们可以推测 一种元素的一个原子
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    可以怎么和同种元素的其他原子反应
  • 11:43 - 11:47
    或者一种元素的一个原子 是怎么反应的
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    或者它怎么被约束、游离、被吸引
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    或排斥另一种元素的另一个原子
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    我们在以后也会学到更多这方面的知识
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    举个例子 在某个地方的另一个原子
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    因为某种原因
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    可能一下子就把碳原子的电子给拐走了
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    我们将会谈论某些元素的中性原子
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    它相对其他元素的中性原子对电子有更大的亲和力
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    所以 也许就是其中一个这样的原子从碳原子里夺走了一个电子
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    那么这个碳的电子数就会少于它的质子数
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    也就是有5个电子6个质子
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    然后就会带1个正电荷
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    所以在这个碳12里 我最初画的这个碳原子
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    有6个质子、6个电子 电荷正好抵消了
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    如果它失去1个电子 那么只有5个电子
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    那么它就会有1个正电荷
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    在整个化学课程中
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    我们还会谈论到更多有关这些的知识
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    不过很高兴
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    这些知识已经开始变得相当有趣
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    我们已经讲到了 作为基本单位的原子
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    竟然是由更小的粒子组成的
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    是由更小的粒子组成的
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    这些东西都可以互相交换
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    改变一个原子的特性 甚至从一种元素的一个原子
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    变成另一种元素的另一个原子
Title:
标题:元素与原子
Description:

元素与原子的关系 质子、电子和中子构成原子的基本原理

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Video Language:
English
Duration:
13:09

Chinese, Simplified subtitles

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