Ideal Gas Example 4
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0:00 - 0:03人類早已知曉
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0:03 - 0:06只需留意周遭的環境
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0:06 - 0:07就會發現不同的物質
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0:07 - 0:10這些不同的物質 往往會有不同的性質
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0:10 - 0:12不僅僅是性質不同
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0:12 - 0:14可能一種物質會以某種方式反射光 而另一種卻不能
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0:14 - 0:18這種物質或有某種顏色 或在特定的溫度下
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0:18 - 0:20變成液體、氣體、固體
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0:20 - 0:22但我們也開始觀察
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0:22 - 0:25它們是如何在某些情況下相互反應的
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0:25 - 0:28這裡有幾張這些物質的照片
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0:28 - 0:31這張是在石墨形態下的碳的照片
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0:31 - 0:36這裡這張是鉛 這張是金
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0:36 - 0:37我做了標記的這些照片
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0:38 - 0:39也就是在此給大家展示的圖片
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0:39 - 0:41都是我在這個網址裏找到的
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0:41 - 0:45這些都是在固態下的照片
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0:45 - 0:47不過我們也知道 某種空氣
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0:47 - 0:49某些空氣粒子
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0:49 - 0:52當所觀察的空氣粒子的類型不同
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0:52 - 0:56例如碳、氧、氮
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0:56 - 0:58它們的性質都有所不同
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0:58 - 1:00或者是其他的東西 比如液體
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1:00 - 1:02可能只需將這些物質的溫度提到足夠的高
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1:02 - 1:06例如 將金或鉛的溫度提到足夠高
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1:06 - 1:08你就能得到液態的金或鉛 又或者
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1:08 - 1:12如果把碳燃燒 就可以將它轉化爲氣態
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1:12 - 1:14還可以將其釋放到大氣中
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1:14 - 1:15還可以打破它的結構
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1:15 - 1:18這些是我們人類上千年來 通過各種方法
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1:18 - 1:21觀察得來的知識
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1:21 - 1:23但是 這指向了一個自然問題
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1:23 - 1:25很久以前 這是一個哲學問題
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1:25 - 1:27不過我們現在可以更好地回答這個問題了
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1:27 - 1:31這個問題就是 如果你不斷將一塊固體碳
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1:31 - 1:36切得越來越小
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1:36 - 1:40能不能切到最小
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1:40 - 1:43最終得到碳的最小單位？
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1:43 - 1:46如果繼續將它切小
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1:46 - 1:48它會不會失去碳的特性？
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1:48 - 1:50問題的答案是肯定的
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1:50 - 1:52因此 我們先來學習一個術語
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1:52 - 1:55我們稱這些不同的物質
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1:55 - 1:58這些純淨的
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1:58 - 2:00在某些溫度下
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2:00 - 2:03有特殊性質、有不同的反應的物質
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2:03 - 2:05我們稱之爲元素
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2:05 - 2:09碳是一種元素 鉛是一種元素 金亦是一種元素
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2:09 - 2:13你或許會認爲水是一種元素 而且在歷史的長河中
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2:13 - 2:15古人也曾稱水爲元素
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2:15 - 2:18但現在我們知道 水是由更爲基礎的元素組成的
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2:18 - 2:21它是由氧元素和氫元素所組成
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2:21 - 2:23現今發現的所有元素
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2:23 - 2:27都列在元素周期表上
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2:27 - 2:29C代表碳
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2:29 - 2:31下面我只介紹一下
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2:31 - 2:32幾種較爲常用的元素
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2:33 - 2:34隨著時間的推移
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2:34 - 2:35你或許會熟悉所有這些元素
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2:35 - 2:39這是氧元素 這是氮元素 這是矽元素
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2:39 - 2:43這是Au――金 這是鉛
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2:43 - 2:52然而 這些元素的最基本單位都是原子
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2:52 - 2:55所以 如果你不斷地拆分它
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2:55 - 2:57把它拆得越來越小
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2:57 - 3:00最終你會得到一個碳原子
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3:00 - 3:01對金做同樣的事
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3:01 - 3:03最終你會得到一個金原子
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3:03 - 3:04同樣 對鉛做相同的事
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3:04 - 3:06最終你會得到一些很小的
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3:06 - 3:09用一個比粒子更好的詞 我們可以稱之爲鉛原子
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3:09 - 3:12然後就不能再將其
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3:12 - 3:14拆分成更小的“鉛”了
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3:14 - 3:17它不再會擁有鉛的性質
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3:17 - 3:19坦白說
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3:19 - 3:20這真是一些太難以想象了
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3:20 - 3:24原子真是難以置信的小
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3:24 - 3:27難以想象的小 舉個例子 碳原子
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3:27 - 3:30我的頭發也是由碳原子構成的
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3:30 - 3:32事實上 我很大一部分都是由碳原子構成的
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3:32 - 3:36事實上 大部分的生物都是由碳原子構成的
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3:36 - 3:40所以 如果你把我的頭發。。。 當然我的頭發是碳
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3:40 - 3:42我的頭發絕大部分都是碳
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3:42 - 3:45所以 如果把我的頭發放在這 我的頭發不是黃色的
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3:45 - 3:47但它和黑色形成了很好的對比
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3:47 - 3:48我的頭發是黑色的 不過就算我把頭發放在這裡
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3:48 - 3:50你們在屏幕上也看不到
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3:50 - 3:52但是如果把我的頭發放在這裡
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3:52 - 3:55我會問 我的頭發有多少個碳原子寬？
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3:55 - 3:58如果給我的頭發絲做一個橫橫斷面
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3:58 - 4:00不是縱切 是橫著切
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4:00 - 4:03有多少個碳原子那麽寬呢？
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4:03 - 4:08你或許會猜 Sal已經告訴過我了 它很小很小
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4:08 - 4:09所以 有一千個碳原子？
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4:09 - 4:11或一萬個？ 或十萬個？
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4:11 - 4:15但我的回答是 錯！ 它有一百萬個碳原子
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4:15 - 4:17如果你把一百萬個碳原子並在一起
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4:18 - 4:22就可以得到人類頭發絲的平均直徑
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4:22 - 4:24這顯然是一個近似值 它不是精確的一百萬
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4:24 - 4:27不過它可以讓你感覺到原子是多麽的小
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4:27 - 4:29拔一根頭發 然後試著想象一下
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4:29 - 4:35頭發絲中並排放置一百萬個小東西
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4:35 - 4:38不是順著頭發 而是頭發的寬度
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4:38 - 4:39我們甚至很難觀測到頭發的直徑
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4:39 - 4:43更何況是一百萬個碳原子 僅是它的直徑
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4:43 - 4:48這本身就很酷
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4:48 - 4:52我們知道 碳原子是碳最基礎的組成部分
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4:52 - 4:54原子是所有元素最基礎的單位
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4:54 - 4:57但更爲整潔的是 那些最基本的單位――原子
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4:57 - 4:59是相互關聯的
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4:59 - 5:03一個碳原子是由更爲簡單的粒子所組成的
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5:03 - 5:08一個金原子也是由更爲簡單的粒子所組成的
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5:08 - 5:10它們實際上是
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5:10 - 5:13由這些基本粒子的排列方式來確定的
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5:13 - 5:15如果你要去改變這些基本粒子的數量
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5:15 - 5:17改變這最基本的粒子的原有個數 你可以
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5:17 - 5:19改變這種原子的特性 以及它發生的反應
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5:19 - 5:22甚至可能改變元素的種類
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5:23 - 5:25試著好好的理解
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5:25 - 5:28讓我們先來聊聊那些更基本的粒子
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5:28 - 5:33首先是質子
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5:33 - 5:35質子實際上有決定性的意義
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5:35 - 5:38原子核裏的質子數量
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5:38 - 5:40等會我們再聊聊原子核
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5:40 - 5:42這就是決定元素種類的東西
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5:42 - 5:45決定元素種類的東西
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5:45 - 5:48當你看這裡這張元素周期表時
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5:48 - 5:50它們實際上是按照原子序排列的
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5:50 - 5:52原子序 實際上
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5:52 - 5:55就是這種元素的質子數
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5:55 - 5:59根據定義 氫原子有1個質子
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5:59 - 6:03氦原子有2個質子 鈣原子有6個質子
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6:03 - 6:05你找不到有7個質子的碳原子
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6:05 - 6:09如果你真找到了 那它就是氮原子 不是碳原子了
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6:09 - 6:11氧原子有8個質子
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6:11 - 6:13如果你通過某種方式給它加1個質子
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6:13 - 6:17它就不再是氧了 它會變成氟
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6:17 - 6:18所以 質子數決定了元素
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6:18 - 6:20質子數決定了元素
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6:20 - 6:23原子序 也就是質子的數量
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6:23 - 6:26質子的數量――記住 是它的數量
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6:26 - 6:28寫在最上方的這裡
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6:28 - 6:30寫在元素周期表上的每個元素的上方
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6:30 - 6:33質子數等於原子序
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6:33 - 6:37質子數是等於原子序的
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6:37 - 6:38原子序寫在這上面
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6:38 - 6:41因爲它能確定一種元素
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6:41 - 6:46原子的另外兩種組成部分
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6:46 - 6:48我想我們可以直接用術語來說
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6:48 - 6:55是電子和中子
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6:55 - 6:58然後 你可以自己在腦袋裏搭建一個原子模型
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6:58 - 7:01這個模型 在我們學習化學的過程中會發現
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7:01 - 7:03它會變得更加抽象
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7:03 - 7:05真的很難給它一個概念
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7:05 - 7:07但是我們可以先來想象
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7:07 - 7:10在原子的中心是質子和中子
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7:10 - 7:11它們構成一個原子的原子核
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7:11 - 7:15比如說碳 我們知道有6個質子
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7:15 - 7:18所以一、二、三、四、五、六
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7:18 - 7:22碳12 是其中一種碳
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7:22 - 7:24它有6個中子
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7:24 - 7:26你會發現碳有很多種類
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7:26 - 7:28它們的不同 在於它們的中子數不同
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7:28 - 7:30所以中子數可以不同 電子數也可以不同
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7:30 - 7:32改變之後它還是相同的元素
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7:32 - 7:33只有質子數不能變
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7:33 - 7:36只要質子數一改變 你就會得到不同的元素
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7:36 - 7:39所以 讓我來畫個碳12的原子核
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7:39 - 7:43一、二、三、四、五、六
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7:43 - 7:47所以 這就是碳12的原子核
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7:47 - 7:48有時候可以寫成這樣
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7:48 - 7:52有時候會在下面標上數字
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7:52 - 7:54這個數字也就是質子的數量
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7:54 - 7:56所以說稱之爲碳12的原因就是――
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7:56 - 7:59這裡有6個中子
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7:59 - 8:0012是一個總數
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8:00 - 8:04你可以把它看作
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8:04 - 8:05一種研究這粒子的方式
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8:05 - 8:07這個數值的不同 在將來的課程中會有細微的差別
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8:07 - 8:08這是原子核中
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8:08 - 8:12質子和中子的總數
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8:12 - 8:15碳的原子序是6
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8:15 - 8:18我們可以寫在這裡提醒自己
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8:18 - 8:21所以在碳原子的中心 這個原子核
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8:21 - 8:25碳12有6個質子和6個中子
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8:25 - 8:27而另一種碳 碳14
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8:27 - 8:28仍有6個質子
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8:29 - 8:31不過有8個中子
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8:31 - 8:33中子的數量是可以不同的
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8:33 - 8:34這個是碳12
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8:34 - 8:37如果這個碳12是中性的
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8:37 - 8:41我等會也會在這裡做些細微的改變
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8:41 - 8:43如果它是中性的 它還會有6個電子
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8:43 - 8:45讓我來畫那6個電子
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8:45 - 8:49一、二、三、四、五、六
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8:49 - 8:53第一點我們會想到的是
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8:53 - 8:57電子和質子的關係
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8:57 - 8:59你可以想象這些電子
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8:59 - 9:03像蜜蜂一樣在原子核周圍轉圈
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9:03 - 9:05有一種模型是 你可以想象它們
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9:05 - 9:08像行星一樣繞著原子核運動 但是這並不完全正確
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9:08 - 9:10它們不會像行星一樣按著特定的軌道運行
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9:10 - 9:12像太陽係的行星繞著太陽運行那樣
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9:12 - 9:14不過那是很好的想象的起點
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9:14 - 9:17另外它們還會在原子核周圍跳來跳去
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9:17 - 9:18或者說它們在原子核周圍亂動
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9:18 - 9:21這是事實
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9:21 - 9:22雖然在這個層面上顯得特別古怪
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9:22 - 9:24實際上 我們要學習量子物理學
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9:24 - 9:27才能真正理解這些電子的運動
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9:27 - 9:29不過你腦袋裏第一個物質模型
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9:29 - 9:33就是在碳12原子的中心
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9:33 - 9:34有這個原子核
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9:34 - 9:37在這裡 有這個原子核
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9:37 - 9:41然後這些電子在原子核周圍跳來跳去
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9:41 - 9:43這些電子之所以
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9:43 - 9:45不會遠離原子核
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9:45 - 9:48它們像是被束縛在原子核周圍的原因
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9:48 - 9:49讓它們構成了原子一部分的原因
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9:49 - 9:52就是 質子帶正電荷
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9:52 - 9:58質子帶正電荷 而電子帶負電荷
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9:58 - 10:02這是這些粒子的性質之一
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10:02 - 10:03如果你開始思考
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10:03 - 10:05爲什麽是電荷而不是中子數？
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10:05 - 10:07那麽也就開始深入這個問題了
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10:07 - 10:09不過我們熟悉的是
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10:09 - 10:11電磁力
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10:11 - 10:13例如正負電荷彼此吸引
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10:13 - 10:17所以最佳的想法就是：質子和電子
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10:17 - 10:18因爲帶有不同的電荷
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10:18 - 10:21它們互相吸引 而中子是電中性的
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10:21 - 10:25所以它們只是老實呆在原子核裏
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10:25 - 10:28對於某些元素來說 中子數確實會
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10:28 - 10:33在某種程度上影響這種物質的特性
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10:33 - 10:36不過電子不會飛離原子核的真正原因是
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10:36 - 10:39電子和質子是相互吸引的
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10:39 - 10:42電子被原子核吸引
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10:42 - 10:45另外 電子還擁有快得難以置信的速度
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10:45 - 10:49這對於我們初學者來說也是很難理解的
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10:49 - 10:52要講電子在做怎樣的運動的話
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10:52 - 10:56得扯到很深的物理知識――不過已經足夠了
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10:56 - 10:58知道它在原子和周圍亂跳就足夠啦
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10:58 - 11:01因爲它們不想被原子核吸進去
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11:01 - 11:03我想這是一種解釋方法
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11:03 - 11:08另外 我剛剛提到了碳12
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11:08 - 11:10元素種類由質子數決定
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11:10 - 11:13氧由有8個質子決定
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11:13 - 11:17不過再次提醒 電子也會相互作用
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11:17 - 11:19它們也有可能被其它原子拐走
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11:19 - 11:23這實際上構成了大部分的化學理論
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11:23 - 11:26例如一個原子有多少個電子
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11:26 - 11:28或是某種元素有多少個電子
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11:28 - 11:30以及這些電子的排列方式
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11:30 - 11:34以及其他元素的電子的排列方式
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11:34 - 11:36或者這種元素的其他原子
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11:36 - 11:41由此我們可以推測 一種元素的一個原子
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11:41 - 11:43可以怎麽和同種元素的其他原子反應
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11:43 - 11:47或者一種元素的一個原子 是怎麽反應的
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11:47 - 11:50或者它怎麽被制限、遊離、被吸引
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11:50 - 11:52或排斥另一種元素的另一個原子
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11:52 - 11:56我們在以後也會學到更多這方面的知識
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11:56 - 12:00舉個例子 在某個地方的另一個原子
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12:00 - 12:03因爲某種原因
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12:03 - 12:05可能一下子就把碳原子的電子給拐走了
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12:05 - 12:11我們將會談論某些元素的中性原子
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12:11 - 12:14它相對其他元素的中性原子對電子有更大的親合力
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12:14 - 12:17所以 也許就是其中一個這樣的原子從碳原子裏奪走了一個電子
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12:17 - 12:21那麽這個碳的電子數就會少於它的質子數
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12:22 - 12:25也就是有5個電子6個質子
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12:25 - 12:28然後就會帶1個正電荷
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12:28 - 12:30所以在這個碳12裏 我最初畫的這個碳原子
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12:30 - 12:34有6個質子、6個電子 電荷正好抵消了
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12:34 - 12:37如果我失去1個電子 那麽只有5個電子
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12:37 - 12:39那麽它就會有1個正電荷
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12:39 - 12:42在整個化學課程中
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12:42 - 12:43我們還會談論到更多有關這些的知識
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12:43 - 12:44不過很高興
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12:45 - 12:48這些知識已經開始變得相當有趣
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12:48 - 12:53我們已經講到了 作爲基本單位的原子
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12:53 - 12:56竟然是由更小的粒子組成的
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12:56 - 12:59是由更小的粒子組成的
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12:59 - 13:01這些東西都可以互相交換
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13:01 - 13:05改變一個原子的特性 甚至從一種元素的一個原子
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13:05 - 13:07變成另一種元素的另一個原子
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David Chiu added a translation |