Évezredek óta tudjuk,
csak körül kell néznünk a környezetünkben,
hogy különféle anyagok vannak.
Ezeknek a különféle anyagoknak gyakran eltérő tulajdonságaik vannak.
Nem csak hogy tulajdonságaikban különböznek,
például másféleképp verik vissza a fényt, vagy egyáltalán nem verik vissza.
Vagy különböznek színükben, hőmérsékletükben,
lehetnek folyadékok, gázok vagy szilárd anyagok.
Ezeken felül megfigyelhetjük,
hogy adott körülmények között miképp reagálnak egymással.
Íme néhány ilyen anyag képe.
Ez itt szén, grafit formájában,
ez itt ólom; ez pedig az arany.
Mindhárom anyag, amelyek képeit itt látod,
erről a weboldalról származnak.
Mindhármat szilárd állapotukban láthatod, de azt is tudjuk, hogy...
Úgy néz ki, hogy valamilyen levegő van benne,
bizonyos fajta levegő részecskék,
és attól függően, hogy miféle levegő részecskét nézünk,
legyen az szén, oxigén, vagy nitrogén,
úgy tűnik, hogy különböző tulajdonságaik vannak.
Vannak más anyagok, amik lehetnének folyadékok,
vagy akár ezek is lehetnek, ha eléggé megemeljük a hőmérsékletüket.
Ha elég magas hőmérsékletnek tesszük ki az aranyat vagy az ólmot,
cseppfolyósíthatjuk őket.
Vagy ha úgymond elégetjük ezt a szenet,
gáz halmazállapotú anyag keletkezik,
kiengedheted a légkörbe.
Megbonthatod a szerkezetét.
Ezek olyan dolgok,
amelyeket az emberiség évezredek alatt megfigyelt.
Ez elvezet egy magától értetődő kérdéshez,
amely korábban filozófiai kérdés volt,
de ma már kicsit jobban meg tudjuk magyarázni.
A kérdés pedig: ha még tovább bontjuk ezt a szenet,
apróbb és apróbb részekre,
van-e legkisebb darab?
Van-e olyan legkisebb egysége ennek az anyagnak,
ami még mindig rendelkezik a szén tulajdonságaival?
És ha azt még tovább tudnád bontani,
akkor elveszítené-e a szén jellegét?
A válasz az, hogy van.
És hogy megismerjük az erre használt szakszót,
a különböző anyagokat, ezeket a tiszta anyagokat,
amik ezeket a különleges tulajdonságokat mutatják adott hőmérsékleten,
és adott módon reagálnak,
elemeknek hívjuk.
A szén elem. Az ólom elem. Az arany elem.
Mondhatnád, hogy a víz is elem.
A történelem során az emberek elemként hivatkoztak a vízre,
de ma már tudjuk, hogy a víz több alapelemből épül fel.
Oxigénből és hidrogénből.
Ezek a elemek mind szerepelnek
az elemek periódusos rendszerében.
C a szén.
Csak azokat említem, amik
fontosak az emberiség szempontjából,
de idővel talán majd minddel megismerkedsz.
Ez az oxigén. Ez a nitrogén. Ez a szilícium.
Ez az Au, az arany. Ez az ólom.
A legalapvetőbb építőeleme ezeknek az elemeknek az atom.
Tehát ha egyre mélyebbre megyünk,
és egyre kisebb darabokat nézünk,
akkor eljutunk például a szénatomig.
Megtehetjük ugyanezt ezzel is,
és eljutunk az aranyatomig.
Ha ezt teszed ez esetben is,
akkor eljutsz olyan apró
– jobb szó híján – részecskéig,
amit ólomatomnak hívunk.
Ezt nem tudnád már tovább bontani úgy,
hogy továbbra is ólomnak hívhasd,
hogy továbbra is ólomra jellemző tulajdonságai legyenek.
Csak hogy el tudd képzelni,
- én elég nehezen tudom elképzelni -
az atomok hihetetlenül aprók.
Tényleg hihetetlenül kicsik.
Például ott van a szén.
A hajam is szénből épül fel,
sőt a nagy részem szén.
Valójában minden élőlény legnagyobb része szén.
Ha a hajamat nézzük, az is szén.
A hajam jórészt szén.
Tehát ha a hajamat nézzük,
ami egyébként nem sárga,
de jól elüt a feketétől.
A hajam fekete, de ha úgy mutatnám,
nem látnád a képernyőn.
Ha a hajamat vesszük, megkérdezhetnélek,
hány szénatomnyi a szélessége.
Nézzük a hajam metszetét, ne a hosszát,
hanem a szélességét:
hány szénatom a szélessége?
Tippelhetnél: Sal már említette, hogy nagyon kicsi,
tehát lehet akár ezer szénatom is itt,
vagy tízezer, vagy százezer.
És erre én azt mondanám: nem!
Egymillió szénatom van itt.
Felfűzhetnél egymillió szénatomot
az emberi haj átlagos szélességén.
Ez persze csak egy becslés,
nem pontosan egymillió,
de ez érzékelteti, hogy milyen kicsi egy atom.
Csak húzz ki egy szálat a hajadból,
és képzeld el, hogy milliónyi dolgot
egymás mellé tehetsz a hajon keresztbe,
nem hosszába, hanem a keresztbe.
Még a haj szélességét is alig látjuk,
és egy milliónyi szénatom volna tehát
keresztbe a hajon.
Már önmagában is nagyon érdekes,
amit már tudunk,
hogy létezik ez az alapvető építőelem, a szén,
ami az elemek közül ez a legalapvetőbb építőelem.
Ami még ennél is szebb,
az az, hogy ezek az építőelemek egymáshoz kapcsolódhatnak.
A szénatom még kisebb részecskékből áll.
Az aranyatom még kisebb részecskékből áll.
És ezeknek az alapvető, elemi részecskéknek
az elrendeződése szabja meg az elemet.
Ha megváltoztatnád
az elemi részecskék számát,
megváltoztatnád az adott elem tulajdonságait,
azt, hogy hogyan reagál,
vagy magát az elemet is meg tudnád változtatni.
Csak hogy egy kicsit jobban megértsd,
beszéljünk egy kicsit az elemi részecskékről.
Tehát létezik a proton.
A proton határozza meg,
- azaz az atommagban lévő protonok száma,
és mindjárt az atommagról is beszélek, -
ez határozza meg az elemet.
Ez határozza meg az elemet.
Ha ránézel a periódusos rendszerre,
a rendszám alapján van sorba rendezve.
A rendszám pedig valójában
az adott elem protonjainak száma.
Így definíció szerint a hidrogénnek 1 protonja van.
A héliumnak 2 protonja van. A szénnek 6 protonja van.
Nem létezik szén 7 protonnal.
Ha lenne, az már nitrogén lenne.
Nem lenne többé szén.
Az oxigénnek 8 protonja van.
Ha valahogy hozzá tudnál adni még egy protont,
akkor többé már nem oxigén lenne.
Fluor lenne. Tehát ez határozza meg az elemet.
Ez határozza meg az elemet.
A rendszám, a protonok száma.
A protonok száma, ne feledd,
az a szám, amit a jobb felső sarokba írnak
minden egyes elemnél a periódusos rendszerben.
A protonok száma
megegyezik a rendszámmal.
Megegyezik a rendszámmal.
Ide felülre írják, mivel
ez az elem meghatározó jellemzője.
A másik két alkotója az atomnak
– azt hiszem hívhatjuk így őket –
az elektron és a neutron.
A modell, amit gondolatban elkezdhetsz felépíteni,
a modell, a kémia tanulmányaink előrehaladtával
egy kicsit elvontabb lesz,
így egyre nehezebben megfogalmazható.
De elképzelheted például úgy, hogy
a protonok és neutronok
vannak az atom központjában.
Ez az atommag.
Például a szénről tudjuk, hogy 6 protonja van.
Egy, kettő, három, négy, öt, hat.
A szén-12 a szén egy változata,
aminek 6 neutronja is van.
Lehetnek különböző változatai a szénnek,
különböző neutronszámokkal.
Tehát a neutronszám változhat, az elektronszám változhat,
de továbbra is ugyanaz az elem marad.
A protonok száma nem változhat.
Ha megváltoztatod a protonok számát, megváltozik az elem.
Hadd rajzoljak egy szén-12 atommagot.
Egy, kettő, három, négy, öt, hat.
Ez itt tehát a szén-12 atommagja.
Előfordulhat, hogy így írják.
Előfordulhat, az is, hogy a
protonok számát is felírják.
Az oka annak, hogy miért írunk szén-12-t,
- leszámoltam 6 neutront -
az, hogy ez az összege,
láthattad, hogy ez lesz az összege...
- az egyik megközelítés szerint,
amin a továbbiakban még finomítani fogunk –
tehát ez az összege
az atommagban lévő protonok és neutronok számának.
Definíció szerint a szén rendszáma 6.
Ezt fel is írhatjuk ide,
csak hogy emlékezzünk rá.
Tehát a szénatom központjában van ez az atommag.
A szén-12-nek 6 protonja és 6 neutronja van.
Egy másik változata a szénnek a szén-14, aminek szintén
6 protonja, viszont 8 neutronja van.
Tehát a neutronok száma változhat,
de nézzük újra a szén-12-t.
Amennyiben a szén-12 semleges,
és mindjárt el is magyarázom, hogy ez mit jelent,
ha semleges, akkor elektronból is 6 van neki.
Hadd rajzoljam le a 6 elektront.
Egy, kettő, három, négy, öt, hat.
Ez alapján elkezdhetünk gondolkodni azon,
hogy milyen kapcsolat áll fenn
az elektron és az atommag között.
Képzeld el, hogy az elektronok
mondhatni az atommag körül
mozognak, keringenek.
Az egyik modell alapján
elképzelhetjük, hogy az atommag körül keringenek,
de ez nem teljesen igaz.
Nem úgy keringenek, mint ahogy
az égitestek keringenek a Nap körül,
de ez jó kiindulási pontnak.
Egy másik elgondolás, hogy ugrálnak az atommag körül,
vagy az atommag körül nyüzsögnek.
És azért így magyarázzuk,
mert a valóságban nagyon furcsa dolgok történnek,
és a kvantumfizikát kellene segítségül hívnunk ahhoz,
hogy tényleg megértsük mit is csinálnak az elektronok.
De abban a modellben, amit érdemes először elképzelned,
az atom közepén, a szén-12 atomban
van ez az atommag.
Ez az atommag van jelen,
és ezek az elektronok ugrálnak körülötte.
Az ok, amiért ezt teszik az elektronok,
és nem csak elrepülnek,
amiért valahogy kötődnek ehhez az atommaghoz,
és részét képezik az atomnak,
az az, hogy a protonnak pozitív a töltése,
az elektron töltése pedig negatív.
Ez az egyik jellemzője ezeknek az elemi részecskéknek.
Amikor azon kezdesz el gondolkodni,
hogy a töltés mitől több, mint egy jel,
mélyebbre kell, hogy menjünik.
Azt az egyet viszont tudjuk,
hogy amikor elektromágneses erőről beszélünk,
az azt jelenti, hogy az ellentétes töltések vonzzák egymást.
Így a leghelyesebb elgondolás a következő:
a protonok és elektronok,
mivel ellentétes töltésűek,
vonzzák egymást.
A neutronok semlegesek,
tehát csak ott ülnek az atommagban,
és valamilyen szinten ezek is befolyásolják a jellemzőket
egyes elemek egyes atomjai esetén.
Az ok azonban, amiért az elektronok
nem repülnek el csak úgy,
az az, hogy vonzás hat rájuk.
Vonzza őket az atommag.
A sebességük is elképzelhetetlenül nagy.
Nehéz elképzelni.
Megint a fizika egy nagyon furcsa részét érintjük,
amint arról kezdünk beszélni,
hogy mit is csinál az elektron.
Mondhatnád úgy is,
hogy körös-körül ugrál,
nem akar csak úgy belezuhanni az atommagba.
Tehát így is el lehet képzelni.
Említettem tehát, hogy ezt a szén-12-t
a protonok száma határozza meg.
Az oxigént a 8 proton határozza meg.
De még egyszer, az elektronok kölcsönhatásba léphetnek más elektronokkal.
Másik atom elveheti őket.
És erre az alapra épül
sok mindennek a megértése a kémiában.
Azon alapszik, hogy hány elektronja van az atomnak,
vagy az adott elemnek,
és ezek az elektronok hogyan helyezkednek el,
és más elemek elektronjai hogyan helyezkednek el,
vagy esetleg ugyanazon elem más atomja hogy helyezkednek el.
Előrejelezhetjük, hogy egy elem atomja
hogyan fog reagálni ugyanazon elem egy másik atomjával,
vagy egy elem atomja hogyan reagál,
hogyan kötődik, vagy nem is kötődik, hanem vonzza,
vagy taszítja egy másik elem atomját.
Így például
– erről majd később sokkal többet fogunk tanulni –
más atomok képesek arra, bizonyos esetekben,
hogy elektront szívjanak el a széntől,
csak azért, mert valamilyen oknál fogva
bizonyos elemek, bizonyos semleges atomjainak
nagyobb az elektronaffinitása, mint másoké.
Lehetséges, hogy ezek közül egy
elszív egy elektront a széntől,
és így a szénnek
kevesebb elektronja lesz, mint protonja.
Így 5 elektronja lesz és 6 protonja.
Összesítve pozitív töltés fog kialakulni.
Ebben a szén-12-ben, az első változatban, amiről beszéltem,
volt 6 proton, 6 elektron, a töltések kiegyenlítették egymást.
Ha elveszít egy elektront, akkor csak 5 marad belőle,
és így összesítve egy pozitív töltése lesz.
Erről jóval többet fogunk még beszélni,
a kémia videók során,
de remélhetőleg már most elismered,
hogy ez mennyire izgalmas téma.
Eljutottunk az alapvető építőegységekig,
amelyeket atomnak nevezünk.
Ami még ennél is jobb,
hogy ezek az alapvető építőegységek
még alapvetőbb építőegységekből épülnek fel.
Ezek az egységek cserélődhetnek,
és megváltoztathatják az atomok jellemzőit,
vagy akár átjuthatnak az adott elem egy atomjáról
egy másik elem atomjára is.