Noi umani sappiamo da migliaia di anni, solamente guardando l'ambiente intorno a noi,
che ci sono sostanze differenti, e che differenti sostanze tendono ad avere differenti proprietà.
Differenti proprietà quali ad esempio: una può riflettere la luce in un determinato modo, o non rifletterla.
Oppure avere un determinato colore, una certa temperatura; essere liquida, gassosa o solida
Ma abbiamo anche cominciato a osservare come questi elementi reagiscono tra loro in certe circostanze.
E qui ci sono delle immagini di alcune sostanze. Qui c'é il carbonio, in forma di grafite.
Questo è piombo, e questo qui è oro.
E tutti quelli che ho disegnato -- di cui ho mostrato un'immagine, li ho presi tutti da questo sito qui,
sono tutti in forma solida, ma sappiamo anche che...
sembra che ci sia un certo tipo di aria in questi, certi tipi di particelle d'aria
e a seconda del tipo di particelle d'aria a cui si guarda
se sia carbonio,od ossigeno, o azoto, l'aria sembra avere differenti proprietà.
O, ci sono altre cose che possono essere liquide,
o anche se si aumenta la temperatura a sufficienza su queste cose,
Se si aumenta la temperatura sull'oro o sul piombo,
si potrebbe ottenere un liquido.
Oppure -- bruciando questo carbonio,
lo si porta in uno stato gassoso,
viene rilasciato nell'atmosfera,
si spezza la sua struttura.
Quindi, queste sono cose che noi tutti -- che l'umanità --
ha osservato per migliaia di anni.
Ma questo porta ad una domanda spontanea
che una volta era considerata una domanda filosofica
ma a cui ora possiamo rispondere un pò meglio,
e la domanda è: se si continua a spezzare questo carbonio
in pezzetti sempre più piccoli,
esiste un pezzo più piccolo di tutti,
qualche unità elementare, di questa sostanza
che ha ancora le proprietà del carbonio
e se in qualche modo si potesse spezzarlo ulteriormente
si perderebbero le proprietà del carbonio?
E la risposta è : è così.
E così, giusto per avere una nostra terminologia,
chiamiamo queste sostanze differenti, queste sostanze pure
che hanno queste specifiche proprietà a certe temperature,
e reagiscono in determinati modi,
le chiamiamo elementi.
Il carbonio è un elemento, il piombo è un elemento, l'oro è un elemento.
Si potrebbe dire che l'acqua è un elemento, e nella storia,
la gente ha fatto riferimento all'acqua come un elemento,
ma ora si sa che l'acqua è composta da più elementi di base.
E' composta da ossigeno ed idrogeno.
E tutti quessti elementi sono elencati qui,
nella nostra tavola periodica degli elementi.
C sta per carbonio
-- scorro soltanto quelli che sono
realmente importanti per l'umanità -- ma col tempo probabilmente
prenderete confidenza da soli con tutti gli altri.
Questo è ossigeno, questo azoto, questo silicio
Questo è -- Au è oro. Questo è piombo.
E l'unità di base di ognuno di questi elementi è l'atomo.
Quindi, se continuaste ad approfondire , e continuaste a prendere pezzi
sempre più piccoli, infine arrivereste
ad un atomo di carbonio.
Fate la stessa cosa da questa parte,
e alla fine arrivereste ad un atomo di oro
Se faceste la stessa cosa da questa parte,
alla fine avreste queste piccole --
-- per mancanza di un termine migliore -- particelle,
che chiamereste atomi di piombo.
E non sareste più in grado di spezzare quella quantità in pezzi ancora più piccoli
e continuare a chiamarla piombo,
perchè non avrebbe più le proprietà del piombo.
E tanto per darvi un'idea
-- questa è davvero una cosa che io ho difficoltà
ad immaginare -- gli atomi sono incredibilmente piccoli.
Davvero incredibilmente piccoli.
Per esempio prendiamo il carbonio.
Anche i miei capelli sono fatti di carbonio.
In realtà la maggior parte di me è fatta di carbonio.
In effetti la maggior parte degli esseri viventi è fatta di carbonio.
E quindi, se prendeste i miei capelli ,e i miei capelli sono di carbonio
I miei capelli sono per la maggior parte di carbonio.
Quindi ,se prendeste i miei capelli qui
-- i miei capelli non sono gialli
ma assomigliano piuttosto al nero.
I miei capelli sono neri, ma se facessi questo, non sareste in grado
di vederli sullo schermo
Se prendessi i miei capelli e vi chiedessi
quanti atomi di carbonio è largo un mio capello?
Quindi, se prendeste uno spaccato del mio capello, non la lunghezza,
ma la larghezza del mio capello, e dicessi:
quanti atomi è largo?
E potreste supporre,oh,Sal mi ha già detto, è molto piccolo [l'atomo]
quindi magari li ce ne saranno un migliaio
o una decina di migliaia, o un centinaia di migliaia,
ma io vi direi: no !
Ci sono un milione di atomi di carbonio.
Potreste mettere in fila un milione di atomi di carbonio
lungo la larghezza di un capello umano medio.
Ed è ovviamente un'approssimazione,
non è esattamente un milione,
ma vi da un'idea di quanto piccolo sia un atomo.
Prendete un capello dalla votra testa
e immaginate solo di mettere un milione di cose
una vicino all'altra attraverso un capello,
non per la lunghezza,ma per la larghezza di un capello
E' persino difficile vedere la larghezza del capello.
Eppure ci sarebbero un milione
di atomi di carbonio.
Ora, sarebbe decisamente bello già di per se
-- sappiamo che c'è
questo mattoncino fondamentale di carbonio,
questo mattoncino di base per ogni elemento.
Ma la cosa ancora più bella è che
questi mattoncini di base sono collegati tra loro.
Un atomo di carbonio è fatto di particelle ancora più basilari.
Un atomo d'oro è fatto di ancora più particelle fondamentali.
E sono definiti [gli atomi d'oro]
da come queste particelle sono assemblate.
Se cambiaste il numero
di particelle fondamentali
potreste cambiare le proprietà di quell'elemento,
il modo in cui reagirebbe,
o addirittura potreste cambiare l'elemento stesso.
E, tanto per capire un po' meglio,
parliamo di questi elementi fondamentali.
Avete il protone.
E il protone è realmente ciò che definisce
-- è in realtà il numero di protoni nel nucleo di un atomo...
e vi parlerò del nucleo tra un secondo ---
che definisce un elemento.
Così è questo ciò che definisce un elemento.
Quando date un'occhiata alla tavola periodica,
gli elementi sono scritti in ordine di numero atomico,
e il numero atomico è
letteralmente il numero di protoni nell'elemento.
Quindi, per definizione, l'idrogeno ha un protone.
L'elio ha 2 protoni. Il carbonio ha 6 protoni.
Non esistono atomi di carbonio con sette protoni.
Se li avesse, sarebbe azoto,
non sarebbe più carbonio.
L'ossigeno ha 8 protoni.
Se in qualche modo riusciste ad aggiungere
un altro protone, non sarebbe più ossigeno,
Sarebbe fluoro. Quindi il numero atomico
definisce l'elemento.
Ed il numero atomico, cioè
il numero di protoni -- e ricordatevi
che è il numero scritto qui in alto per ognuno
degli elementi nella tabella periodica
-- il numero di protoni
e' uguale al numero atomico.
E' uguale al numero atomico.
E scrivono quel numero quassù perché è quella
la caratteristica distintiva di un elemento.
Gli altri due costituenti di un atomo,
-- penso potremmo chiamarli così --
sono gli elettroni e i neutroni.
E il modello che potete iniziare a costruirvi idealmente,
-- e questo modello, man mano che procederemo nella chimica
vedremo che diventerà un pò più astratto,
e difficile da immaginare --
è che si può pensare che
ci siano protoni e neutroni
che costituiscano il centro dell'atomo.
Sono il nucleo dell'atomo.
Per esempio, il carbonio, che, sappiamo, ha 6 protoni
quindi, uno, due, tre , quattro, cinque, sei.
Il carbonio 12, che è una versione del carbonio,
avrà anche 6 neutroni.
Ci possono essere versioni di carbonio
che hanno un diverso numero di neutroni.
Quindi i neutroni possono cambiare, gli elettroni anche,
ma avrete sempre lo stesso elemento.
I protoni invece non possono cambiare.
Se cambiate i protoni, avete un diverso elemento.
Fatemi disegnare un nucleo di carbonio 12.
Eco, uno , due, tre, quattro, cinque, sei.
Questo è un nucleo di carbonio 12.
Qualche volta sarà scritto così.
E qualche volta viene anche scritto
col numero di protoni.
E il motivo per cui scriviamo carbonio 12,
-- sapete che ho contato sei neutroni --
è che questo è il totale,
potete vederlo come un numero totale
-- è un modo di vederlo,
e ne vedremo le sfumature in futuro --
il numero totale
di protoni e neutroni all'interno del nucleo.
E il carbonio per definizione ha un numero atomico di sei.
lo riscriviamo qui
così ce lo possiamo ricordare.
Quindi al centro dell'atomo di carbonio abbiamo questo nucleo.
E il carbonio 12 avrà sei protoni e sei neutroni.
Un'altra versione del carbonio, il carbonio 14, avrà ancora
sei protoni, ma avrà otto neutroni.
Quindi il numero di neutroni può cambiare,
ma questo qui è carbonio 12.
E se il carbonio 12 è neutro,
-- e vi definirò meglio questa parola tra un attimo --
se è neutro, avrà anche sei elettroni.
Fatemi disegnare quei sei elettroni,
uno, due, tre, quattro, cinque, sei.
E un modo -- ed è forse il primo modo
per pensare alla relazione tra elettroni
tra gli elettroni ed il nucleo --
è immaginare che gli elettroni
si muovano attorno,
sfrecciando attorno al nucleo.
Un modello è quello di pensare che
orbitino attorno al nucleo,
ma non è proprio corretto.
Non orbitano nel modo in cui diciamo che un pianeta
orbita attorno al sole.
Ma è un buon punto di partenza.
Un altro modo è che loro "saltino" attorno al nucleo
o ronzino attorno al nucleo.
E questo è perchè la realtà
a questo livello diventa piuttosto strana,
e dobbiamo arrivare alla fisica quantistica
per capire realmente che cosa fanno gli elettroni.
Ma il primo modello mentale, nella vostra testa, può essere
che al centro di quest'atomo, di questo atomo di carbonio 12,
ci sia il nucleo.
Il nucleo è proprio qui,
e questi elettroni ci stanno saltellando attorno.
E la ragione per cui questi elettroni
non se ne vanno via dal nucleo,
e del perché sono legati al nucleo,
e formano una parte di questo atomo,
è che i protoni hanno una carica positiva,
mentre gli elettroni hanno una carica negativa.
E questa è una delle proprietà di queste particelle fondamentali.
Quando iniziate a pensare cos'è fondamentalmente
una carica, a parte il nome, iniziate
ad andare più a fondo.
Quello che sappiamo,
quando parliamo di forza elettromagnetica,
è che cariche opposte si attraggono,
quindi il metodo migliore per pensarci è:
protoni ed elettroni,
poiché hanno cariche differenti,
si attraggono.
I neutroni sono neutri,
quindi loro se ne stanno qui all'interno del nucleo,
ed influiscono sulle proprietà
di alcuni atomi di certi elementi.
Ma la ragione per cui si ha che gli elettroni non volano via
da soli è perché sono attratti.
Sono attratti verso il nucleo,
E inoltre hanno una velocità incredibilmente alta,
-- è veramente difficile, perchè
iniziamo a toccare di nuovo
una parte della fisica molto strana
quando si inizia a parlare di
cosa fa realmente un elettrone
-- ma per ora è sufficiente --
Suppongo si possa dire
che gira attorno abbastanza rapidamente
da non farlo cadere nel nucleo,
Penso che sia un modo per immaginarlo
Ho nominato il carbonio 12, definito qui,
dal numero di protoni.
L'ossigeno è definito dal fatto di avere otto protoni.
Ed inoltre gli elettroni possono interagire con altri elettroni.
Possono essere catturati da altri atomi
E tutto questo costituisce
una gran parte della nostra conoscenza della chimica.
E' basata su quanti elettroni ha un atomo
di un certo elemento.
E come questi elettroni sono configurati,
e come gli elettroni di altri elementi sono configurati,
o magari altri atomi dello stesso elemento.
Possiamo iniziare a prevedere come un atomo di un certo elemento
possa reagire con un altro atomo dello stesso elemento,
o come un atomo di un elemento, possa reagire,
o si possa legare, o non legare, o essere attratto,
o essere respinto da un atomo di un altro elemento.
Così per esempio,
(e impareremo molto di più su questo argomento in futuro)
è possibile per un altro atomo, da qualche parte,
portare via un elettrone dal carbonio,
solo perché per una ragione qualunque --e parleremo di come
--e parleremo di come certi atomi neutri di certi elementi
abbiano una affinità per gli elettroni maggiore di altri.
E così un atomo, magari uno di questi, porta via un elettrone
porta via un elettrone al carbonio,
ed allora questo carbonio
avrà meno elettroni che protoni,
così avremo cinque elettroni e sei protoni.
E quindi avremo una carica netta [dell'atomo] positiva
Così, nel carbonio 12, la prima versione che ho mostrato,
avevo sei protoni,sei elettroni e le cariche si neutralizzavano.
Se perdo un elettrone, ne avrò solamente cinque,
e quindi avrò una carica netta positiva.
Ma di tutto questo ne parleremo molto di più.
nei prossimi video della "chimica",
ma spero che vi rendiate già conto
che l'argomento sta iniziando a farsi interessante.
Possiamo già farci un'idea di questo mattoncino fondamentale
che è chiamato atomo.
E quello che è ancora più importante, è che questo
mattoncino fondamentale è costruito su mattoncini
ancora più fondamentali.
E queste cose si possono scambiare tra loro
per cambiare le proprietà di un atomo ,
o addirittura per passare da un atomo di un elemento
a quello di un altro elemento.