אנחנו בני האדם יודעים כבר אלפי שנים
מהתבוננות על הסביבה שמקיפה אותנו
שישנם מרכיבים שונים,
ולמרכיבים השונים הללו יש תכונות שונות
ולא רק שיש להם תכונות שונות
מרכיב אחד יכול להחזיר אור בצורה מסוימת או לא להחזיר אור
או להיות בצבע מסוים או בטמפרטורה מסוימת
להיות נוזל או גז או מוצק.
אנחנו מתחילים לראות גם
איך הם מתנהגים אחד עם השני במצבים מסוימים
הנה תמונות של כמה מהחומרים האלה
כאן אפשר לראות פחמן כשהוא בצורת גרפיט
וזה כאן הוא עופרת, וזה כאן הוא זהב
וכל אלו שהראיתי, שהראיתי תמונות שלהם כאן
השגתי אותם מהאתר הזה כאן
כל אלה הם במצב המוצק שלהם. אבל אנחנו גם יודעים ש
זה נראה כאילו יש סוגים של אויר
סוגים שונים של חלקיקי אויר
ותלוי באיזה סוג של חלקיקי אוויר אתם מסתכלים
בין אם זה פחמן או חמצן או חנקן, ונראה
שיש להם תכונות מסוימות שונות. או שיש דברים
שיכולים להיות נוזל.
או אפילו אם תעלה את הטמפרטורה לחום גבוה מספיק על הדברים האלה
אם תחמם זהב או עופרת לטמפרטורה גבוהה מספיק
אתה יכול לקבל נוזל.
אם תשרוף את הפחמן הזה
אתה יכול להביאו למצב הגזי שלו.
אתה יכול לשחרר אותו אל תוך האטמוספירה.
אתה יכול לשבור את המבנה שלו.
אז אלו דברים שהאנושות
התבוננה בהם במשך אלפי שנים.
אך זה מוביל אל שאלה טבעית, שבעבר נטתה להיות שאלה פילוסופית
אך עכשיו אנו יכולים לענות עליה קצת יותר טוב.
והשאלה היא: אם אתה ממשיך לפרק את הפחמן הזה
לחתיכות קטנות וקטנות יותר. האם ישנה חתיכה קטנה ביותר,
יחידה קטנה ביותר של הדבר הזה, של המרכיב הזה,
שיש בו עדיין את התכונות של פחמן?
ואם בדרך כלשהיא תפרק את זה קצת יותר
תאבד את התכונות של הפחמן?
והתשובה היא: יש!
ובכן, רק בכדי לסדר את הטרמינולוגיה שלנו, אנו קוראים למרכיבים השונים האלו,
למרכיבים הטהורים האלו שיש להם תכונות ספציפיות בטמפרטורות מסויימות
ומגיבים בדרכים מסויימות, אנו קוראים להם - יסודות.
אנו קוראים להם יסודות
פחמן הוא יסוד, עופרת היא יסוד, זהב הוא יסוד
אתם עלולים לומר שמים הם יסוד, ובעבר
אנשים התייחסו אל מים כיסוד, אך כיום אנו יודעים
שמים עשויים מיסודות בסיסיים יותר
הם עשויים מחמצן ומימן,
וכל היסודות שלנו רשומים כאן בטבלה המחזורית של היסודות
C מסמל פחמן אני רק עובר על אלו
שמאוד רלוונטיים לאנושות, אך עם הזמן אתם כנראה
תכירו את כולם
זה חמצן, זה חנקן וזה צורן (סיליקון)
וזה - Au הוא זהב, זה עופרת
והחלק הבסיסי ביותר של היסודות האלו הוא האטום
כך שאם תמשיכו לחפור ולקחת
חלקים קטנים יותר ויותר של זה, לבסוף תקבלו
אטום של פחמן
ואותו הדבר כאן, לבסוף תקבלו אטום של זהב
תעשו את אותו הדבר כאן ולבסוף תקבלו
חלק קטן מאוד של חלקיק
שתקראו לו אטום עופרת
ולא תוכלו לפרק את זה יותר
ועדיין לקרוא לזה עופרת. לא יהיה לזה את אותן תכונות כמו לעופרת
ורק כדי לתת לכם מושג, וזה משהו שהיה לי קשה
לדמיין, האטומים הם קטנים בצורה שלא ניתן לשער
באמת כל כך קטנים. כך למשל פחמן
השיער שלי גם עשוי מפחמן. למעשה רובי
עשוי מפחמן.
למעשה, כמעט כל היצורים החיים עשויים מפחמן
ולכן, אם תקחו את השיער שלי, העשוי מפחמן
השיער שלי, רובו פחמן
לכן אם תקחו את השיער שלי, השיער שלי לא בלונדיני
אך זה משתלב יפה עם השחור
השיער שלי שחור, אך אם הייתי עושה זאת בשחור לא הייתם יכולים
לראות את זה על המסך.
אך אם הייתם בוחנים את השיער שלי והייתי שואל אתכם
כמה אטומי פחמן יש ברוחב השיער שלי?
כך שאם תקחו חתך רוחבי של השיער שלי, לא האורך.
הרוחב של השיער שלי, ואני אשאל: כמה אטומי פחמן יש ברוחב של זה?
ואתם תנחשו, 'סאל כבר אמר לי שזה מאוד קטן'
'ואולי יש כאן אלפי אטומי פחמן'
'או עשרות אלפים, או מאות אלפים'
ואני הייתי אומר: 'לא! יש כאן מיליון אטומי פחמן'.
אתם יכולים לחרוז מיליון אטומי פחמן ברוחב
של השיער הממוצע.
וזה כמובן השערה, זה לא בדיוק
מיליון, אך זה נותן לכם מושג כמה קטן
הוא האטום. תלשו שערה מהראש שלכם
ורק דמיינו להניח מיליון דברים אחד ליד השני
לרוחב השיער. לא האורך, הרוחב
של השיער. זה אפילו קשה לראות את רוחב השיער
ויהיו מיליון אטומי פחמן
שמסודרים שם.
אנו יודעים שיש את המבנה הבסיסי הזה
של פחמן, המבנה הבסיסי של כל יסוד
אבל מה שיותר מגניב זה שהמבנים הבסיסיים האלו
מחוברים אחד לשני. אטום פחמן עשוי
מחלקיקים יסודיים יותר.
אטום זהב עשוי מחלקיקים יסודיים יותר
והם בעצם מוגדרים ע"י הסידור של
החלקיקים היסודיים האלו. ואם תשנה את המספר
של אותם חלקיקים יסוד, אתם יכולים לשנות
את התכונות של אותו יסוד, איך שהוא יגיב
ואפילו אפשר לשנות את היסוד עצמו.
ורק בכדי להבין זאת יותר טוב,
בואו נדבר על אותם יסודות.
יש פרוטון
והפרוטון... מספר
הפרוטונים בגרעין האטום... ואני אדבר על
הגרעין בעוד שניה, זה מה שמגדיר את היסוד.
זה מה שמגדיר את היסוד
כשאתם מסתכלים על הטבלה המחזורית, הם בעצם
רשומים בסדר של המספר האטומי שלהם, והמספר האטומי הוא
מספר הפרוטונים ביסוד.
כך שבהגדרה, למימן יש פרוטון אחד
להליום יש 2 פרוטונים. לפחמן יש 6 פרוטונים.
אתם לא יכולים להשיג פחמן עם 7 פרוטונים,
כיוון שאם תשיגו, זה יהיה חנקן, זה כבר לא יהיה פחמן.
לחמצן יש 8 פרוטונים. אם איכשהו תוסיפו
עוד פרוטון לכאן, זה כבר לא יהיה חמצן
זה יהיה פלואור. כך שזה מגדיר את היסוד
זה מגדיר את היסוד.
והמספר האטומי. מספר הפרוטונים...
וזכרו, זה המספר
שרשום בחלק העליון של כל אחד
מהיסודות בטבלה המחזורית. מספר הפרוטונים
שווה למספר האטומי.
והמספר רשום כאן כיוון שזה מגדיר
את האופי של היסוד.
שני המרכיבים האחרים של האטום,
אני מניח שאנו יכולים לקרוא לזה כך, הם: אלקטרונים
וניטרונים
והמודל שאתם יכולים לדמיין
והמודל הזה, ככל שנתקדם בכימיה, נראה
שהוא יותר אבסטרקטי, ומאוד קשה
לתפוס. אך דרך אחת לחשוב על זה
יש את הפרוטונים ואת הניוטרונים
שהם מרכז האטום.
הם גרעין האטום.
לדוגמא: פחמן, אנו יודעים שיש לו 6 פרוטונים.
1,2,3,4,5,6
פחמן 12, שהוא סוג של פחמן, יהיה לו גם
שישה ניוטרונים.
אפשר שיהיה סוג אחר של פחמן
עם מספר ניוטרונים שונה.
לכן, מספר הניוטרונים יכול להשתנות, מספר האלקטרונים יכול להשתנות
עדיין זה יהיה אותו יסוד.
הפרUטונים לא יכולים להשתנות.
אם תשנו את הפרוטונים, תקבלו יסוד אחר.
בואו נצייר גרעין של פחמן 12.
1,2,3,4,5,6.
אז זה גרעין של פחמן 12
ולעיתים זה יהיה כתוב כך...
ולפעמים יכתבו את מספר
הפרוטונים גם כן.
והסיבה שקוראים לזה פחמן 12...
הרי ספרתי 6 ניוטרונים
זה המספר הכולל...
ואנחנו ניכנס
אל יותר פרטים בעתיד... זה המספר הכולל
של פרוטונים וניוטרונים בגרעין האטום
והפחמן הזה בהגדרה מספר אטומי 6
אך אנחנו יכולים לשכתב את זה כאן, רק בכדי להזכיר לעצמנו.
אז, במרכז אטום הפחמן יש לנו את הגרעין
ולפחמן 12 יש 6 פרוטונים ו-6 ניוטרונים
סוג אחר של פחמן, פחמן 14, עדיין יהיה
שישה פרוטונים, אך יהיה לנו 8 ניוטרונים.
כך שמספר הניוטרונים השתנה.
אך זה פחמן 12
ואם פחמן 12 הוא ניטרלי, ואני אתן עוד פרטים על המושג הזה תיכף,
אם הוא ניטרלי, יהיה לו גם 6 אלקטרונים.
אז אצייר את 6 האלקטרונים האלו.
1,2,3,4,5,6
ודרך אחת... וזו אולי דרך
לחשוב על היחסים בין האלקטרונים
והגרעין... אתם יכולים לדמיין שהאלקטרונים
הם "נעים" סביב הגרעין.
אתם יכולים לדמיין אותם חגים (במסלול היקפי)
סביב הגרעין, אך זה לא בדיוק נכון.
הם לא חגים כמו שהפלאנטות.
חגים סביב השמש.
אך זו נקודת התחלה טובה.
דרך אחרת לדמיין את זה: שהם מקפצים סביב הגרעין
וזה בכלל שהמציאות מתחילה להיות מוזרה
ברמה הזו, ואנחנו נצטרך להיכנס אל תוך פיזיקה
קוונטית, בכדי להבין באמת מה האלקטרון עושה.
אך המודל הראשון שתדמיינו הוא שבמרכז
האטום הזה, הפחמן 12
יש לכם גרעין.
יש לכם את הגרעין בדיוק כאן.
והאלקטרונים מקפצים סביב הגרעין.
והסיבה שהאלקטרונים לא בורחים
מהגרעין, מדוע הם "קשורים" אל הגרעין
והם מהווים כחלק מהאטום? כיוון
שלפרוטון יש מטען חיובי.
ולאלקטרון יש מטען שלילי.
וזו אחת התכונות של חלקיקי
היסוד, כשתתחילו לחשוב על מה זה מטען
בעצם, מלבד ההגדרה, זה בעצם מתחיל להיות
קצת עמוק.
אך הדבר שאתם צריכים לדעת
כשאנו מדברים על כח אלקטרו-מגנטי,
זה שמטענים הפוכים נמשכים זה לזה.
כך שהדרך הטובה ביותר לחשוב על זה היא: פרוטונים ואלקטרונים,
כיוון שיש להם מטענים שונים,
נמשכים זה לזה.
ניוטרונים הם נייטרלים, כך שהם בעצם רק יושבים כאן
בתוך הגרעין, והם אכן משפיעים על התכונות
ברמה מסויימת, של כמה אטומים ביסודות מסויימים.
אך הסיבה מדוע האלקטרונים לא בורחים
להם, בגלל שהם נמשכים.
הם נמשכים כלפי הגרעין.
ויש להם גם מהירות עצומה.
זה בעצם קשה... אנחנו נוגעים שוב
בחלק מוזר מאוד של הפיזיקה ברגע שאנו מתחילים לדבר
מה אלקטרון בעצם עושה.
אני מניח שאפשר לומר שהוא מקפץ מספיק
כך שהוא לא רוצה ליפול אל תוך הגרעין,
אני מניח שזו דרך אחת לחשוב על זה.
וכך, פחמן 12 מוגדר
ע"י מספר הפרוטונים.
חמצן מוגדר ע"י שיש לו 8 פרוטונים.
אך אלקטרונים יכולים להגיב עם אלקטרונים אחרים.
הם יכולים להילקח ע"י אטומים אחרים.
וזה בעצם מעניק לנו הרבה מן ההבנה שיש לנו בכימיה.
זה מבוסס על כמה אלקטרונים יש לאטום,
או ליסוד מסויים
וכיצד האלקטרונים האלו מסודרים,
וכיצד האלקטרונים של יסוד אחר מסודרים
או אולי אטומים אחרים של אותו יסוד.
אנו יכולים להתחיל לחזות כיצד אטום של יסוד מסויים,
יגיב עם אטום אחר של אותו יסוד.
או אטום של יסוד אחר,
וכיצד הוא יכול להתחבר או לא להתחבר או למשוך
או לדחות אטום אחר של יסוד אחר.
כך לדוגמא, ואנחנו נלמד עוד הרבה על כך
בעתיד. זה אפשרי לאטום במקום מסויים
לקחת אלקטרון מפחמן,
בגלל איזושהי סיבה... ואנו נדבר על
כמה אטומים נייטרלים של יסודות מסויים יש להם
נטייה גבוהה יותר לקחת אלקטרונים מאחרים
למשל, אולי אחד מאלו, לוקח אלקטרון
מפחמן, ואז לפחמן הזה יש פחות
אלקטרונים מפרוטונים, כך שנשאר לנו 5 אלקטרונים ושישה פרוטונים
ואז יהיה לנו מטען חיובי.
כך שבפחמן 12 הזה, בגירסה הראשונה שעשיתי,
היה לי 6 פרוטונים, 6 אלקטרונים, המטענים החשמליים התבטלו.
אם אני אאבד אלקטרון, כך שישאר לי רק 5,
כך אני אקבל מטען מטען חיובי.
ואנו הולכים לדבר עוד על זה
במשך שיעורי הכימיה.
אך בתקווה שיש לכם הערכה
שזה כבר מתחיל להיות מגניב.
אנחנו כבר יכולים לתפוס את אבן היסוד הזו
שנקראת אטום.
ומה שיותר מגניב זה שאבן היסוד הזו
בנויה מעוד
אבני יסוד.
והדברים האלו יכולים להתחלף
לשנות את התכונות של האטום, או אף להשתנות
מאטום של יסוד אחד, לאטום של יסוד אחר.