My ludzie wiemy od tysięcy lat, obserwując otaczające nas środowisko
że istnieją różne substancje, i substancje te mają różne właściwości
Mają nie tylko różne właściwości; jedne mogą odbijać światło w specyficzny sposób, lub nie odbijać go wcale
Mogą mieć konkretny kolor, mieć określoną temperaturę; być cieczą, gazem lub ciałem stałym
Możemy również zacząć obserwować jak reagują ze sobą w określonych warunkach
oto zdjęcia niektórych z tych substancji. Tutaj jest węgiel, a tu jest on w postaci grafitu
Tutaj jest ołów, a tutaj złoto
Wszystkie z tych które narysowałem -- których obrazki pokazałem
Wszystkie są w stanie stałym, ale również wiemy, że
wygląda, że jest też kilka rodzajów gazów, kilka rodzajów cząsteczek gazów
i zależnie od tego na jaki rodzaj cząsteczek gazu patrzymy
czy jest to węgiel, tlen czy azot, wydaje się, że mają różne własności.
Są takie inne rzeczy, które mogą być ciekłe
a nawet jeżeli podniesiemy temperaturę odpowiednio wysoko dla tych rzeczy,
jeśli ogrzejemy odpowiednio mocno złoto czy ołów
mogą stać się ciekłe.
A jeśli - jeśli spalimy ten węgiel,
nadamy mu stan gazowy,
możemy go wypuścić do atmosfery,
możemy zniszczyć jego strukturę.
Są to więc rzeczy, które my wszyscy
które ludzkość obserwowała przez tysiące lat.
Ale to prowadzi do naturalnego pytania,
które zwykło mieć podtekst filozoficzny,
teraz możemy odpowiedzieć na nie trochę lepiej,
i to pytanie, czy jeśli będziemy rozkładać węgiel
na coraz to mniejsze i mniejsze kawałki,
czy istnieje jakiś najmniejszy,
jakaś najmniejsza jednostka tego, tej substancji
która nadal ma własności węgla?
I czy jeśli jakoś rozbijemy ją jeszcze bardziej
czy straci ona własności węgla?
A odpowiedź brzmi: istnieje.
Żeby dodać nieco terminologii,
nazywamy te substancje, czyste substancje
które mają określone własności w pewnych temperaturach
i reagują w określony sposób,
Nazywamy je pierwiastkami
Węgiel jest pierwiastkiem, ołów jest pierwiastkiem, złoto jest pierwiastkiem.
Ktoś mógłby powiedzieć, że woda jest pierwiastkiem,
a historycznie ludzie odnosili się do wody jako pierwiastka,
dziś wiemy, że woda składa się z bardziej podstawowych części.
Składa się z tlenu i wodoru,
a wszystkie pierwiastki są zawarte tu
w naszym układzie okresowym.
C oznacza węgiel
pokażę kilka, które
są bardzo ważne dla ludzkości
ale z czasem zapewne oswoicie się z wszystkimi.
To jest tlen, to jest azot, to jest krzem.
To -- Au symbolizuje złoto. To jest ołów
A najbardziej podstawową jednostką każdego z tych pierwiastków jest atom.
Więc jeśli byśmy drążyli coraz głębiej,
oddzielali co raz mniejsze i mniejsze kawałki od tego,
ostatecznie doszlibyśmy do atomu węgla.
Robiąc to samo tutaj,
w końcu dotarlibyśmy do atomu złota.
To samo tu,
i dotarlibyśmy do tych mikroskopijnie małych
-- brakuje mi lepszych słów -- cząstek
którą nazywamy atomem ołowiu.
I nie moglibyśmy rozbić tego bardziej
żeby nazywać to ołowiem
żeby nadal miało własności ołowiu.
A żeby nakreślić wam ideę
-- mam problemy z wyobrażeniem sobie tego --
jak niewiarygodnie małe są atomy,
Naprawdę, niewyobrażalnie małe.
Na przykład więc węgiel.
Moje włosy składają się głownie z węgla.
W sumie, większość mnie składa się z węgla.
Tak naprawdę wszystkie żywe stworzenia składają się głównie z węgla.
Więc jeśli wziąć włos, to składa się on z węgla.
Mój włos jest w większości węglem.
Więc jeśli go tu narysuję
-- moje włosy nie są żółte
ale ten kolor kontrastuje fajnie z czarnym.
Moje włosy są czarne, ale jeśli takie bym narysował,
nie zobaczylibyście ich na tym tle.
Więc jeśli wziąłbym mój włos i spytał was
na ile atomów szeroki jest mój włos?
Więc jeśli patrzeć na przekrój mojego włosa, nie na długość,
tylko na grubość i zapytać
ile atomów węgli się tu mieści?
Możecie więc zgadywać, hej, Sal, powiedziałeś mi już że są bardzo małe
więc że jest ich tu tysiąc,
dziesięć tysięcy, czy może sto tysięcy,
a ja bym odpowiedział: nie!
Jest tu milion atomów węgla.
Więc można ułożyć obok siebie milion atomów węgla
obok siebie na grubość przeciętnego ludzkiego włosa.
Jest to oczywiście przybliżenie,
nie dokładnie milion
ale daje nam to poczucie jak mały jest atom.
Wiecie, wyrwijcie włos z głowy
i wyobraźcie sobie układanie miliona rzeczy obok siebie
jedna obok drugiej
w poprzek włosa, nie długość włosa, a grubość włosa.
Ciężko jest w ogóle zauważyć włos na grubość.
A zmieściłby się tam milion atomów węgla,
po prostu w poprzek.
Fajnie teraz byłoby, co jest interesujące samo przez się
-- wiemy, że
jest najbardziej podstawowy budulec węgla,
, ten najbardziej podstawowy budulec każdego atomu.
Ale, co ciekawsze, te podstawowe "cegiełki"
są ze sobą powiązane.
Atom węgla zbudowany jest z jeszcze bardziej podstawowych cząstek.
Atom złota jest zbudowany z jeszcze bardziej podstawowych cząstek
Są one tan naprawdę zbudowane przez
przez układy tych jeszcze bardziej podstawowych cząstek
Więc jeśli zmienić
liczbę tych podstawowych cząstek,
można zmienić własności pierwiastka,
to jak reaguje,
czy nawet zamienić sam pierwiastek.
Aby zrozumieć to nieco lepiej
pomówmy nieco o tych podstawowych cząstkach.
Mamy więc proton
A proton de facto definiuje
-- liczba protonów w jądrze atomu
będę mówił o jądrze za sekundę --
jest tym co definiuje pierwiastek.
To jest właśnie tym co określa pierwiastek.
Jeśli więc spojrzymy na układ okresowy tutaj,
widzimy pierwiastki ułożone według liczby atomowej,
a liczba atomowa jest po prostu
liczbą protonów w pierwiastku.
Więc, z definicji, wodór ma jeden proton
Hel ma dwa. Węgiel ma sześć protonów.
Nie ma węgla z siedmioma protonami,
jeśli taki stworzymy, będzie azotem,
a nie węglem.
Tlen ma osiem protonów,
więc jeśli jakoś dodamy tu jeszcze jeden,
nie będzie to już tlen,
tylko fluor. Definiuje więc ona pierwiastek.
Liczba atomowa definiuje pierwiastek.
A liczba atomowa, liczba protonów,
liczba protonów -- i pamiętajcie,
to ta liczba zapisana tu na górze każdego
z pierwiastków zapisanych w układzie
-- liczba protonów
jest równa liczbie atomowej.
Liczba protonów jest równa liczbie atomowej.
I zapisuje się ją tu z góry, ponieważ
definiuje ona własności pierwiastka.
Dwa inne składniki atomu
--wydaje mi się że możemy je tak nazwać --
to elektron i neutron.
A model, który możecie zacząć sobie wyobrażać w głowach
--i ten model, zagłębiając się w chemię zobaczymy
że stanie się nieco bardziej abstrakcyjny
i naprawdę ciężki do wyobrażenia --
ale sposób myślenia o tym jest taki,
że mamy protony i neutrony, które są
w centrum atomu.
Są one jądrem atomu.
Więc na przykład, węgiel, jak wiemy, ma sześć protonów.
Więc jeden, drugi, trzeci, czwarty, piąty, szósty.
Węgiel C12, czyli taka wersja węgla, posiada także
sześć neutronów.
Istnieją róże wersje węgla,
które różnią się między sobą liczbą neutronów.
Więc liczba neutronów może się zmieniać, liczba elektronów może się zmieniać,
a pierwiastek zostaje ten sam.
Liczba protonów nie może się zmieniać.
Jeśli zmienimy liczbę protonów, otrzymamy inny pierwiastek.
Narysuję więc jądro węgla C12.
Więc jeden, dwa, trzy, cztery, pięć, sześć.
Mamy więc tu jądro węgla C12.
Czasem będzie zapisywany on tak.
A czasem zapisuje się również liczbę
protonów.
Powodem, dla którego zapisujemy go jako węgiel C12 --
wiecie, naliczyłem sześc neutronów --
jest fakt, że suma, --
możemy patrzeć na to jako na zsumowaną liczbę
-- jeden punkt ukazania tego
dodamy mu nieco niuansów w przyszłości
-- jest taki, że to zsumowana liczba
protonów i neutronów w jądrze atomu.
Więc ten węgiel ma z definicji liczbę atomową równą sześć,
ale możemy ją sobie tu zapisać jeszcze raz tutaj,
tak dla przypomnienia.
Więc w centrum atomu węgla mamy to jądro.
I węgiel C12 ma sześć protonów i sześc neutronów.
Inna wersja węgla, węgiel C14 nadal będzie
miał sześc protonów, ale neutronów będzie miał już osiem.
Liczba neutronów może się więc zmieniać,
lecz mamy tu węgiel C12.
I jeśli jest on obojętny --
za sekundę wyjaśnię odrobinę co oznacza to słowo--
Jeśli jest obojętny będzie również miał sześć elektronów.
Narysuję więc te elektrony.
Pierwszy, drugi, trzeci, czwarty, piąty, szósty.
I pewien sposób -- może jest to pierwsza zasada
myślenia o relacjach
między elektronami i jądrem --
możecie sobie wyobrazić elektrony
poruszające się wokół,
latające bezładnie wokół jądra.
Pewien model myślenia to elektrony
orbitujące wokół jądra,
ale to nie do końca prawda.
Nie orbitują jak planety, na przykład,
wokół Słońca.
Ale to dobry początek.
Inną sprawą jest to że tak jakby skaczą wokół jądra
czy latają bezładnie wokół jądra.
A to przez to że
rzeczywistość staje się bardzo dziwna na tym poziomie,
tak na prawdę trzeba by użyć fizyki kwantowej,
żeby zrozumieć czemu elektron tak się zachowuje.
Ale pierwszy wyobrażony model w waszych głowach, w centrum
tego atomu, atomu węgla C12,
znajduje się jądro.
Tu znajduje się jądro.
A te elektrony latają we wszystkie strony wokół jądra.
A powodem dla którego elektrony te
po prostu nie odlecą od jądra,
czemu są z nim tak jakby związane
i tworzą część atomu,
jest fakt, że protony mają ładunek dodatni.
a elektrony ładunek ujemny.
I jest to jedna z właściwości tych podstawowych
cząstek, jeśli zaczniecie się zastanawiać
czym jest ładunek nie licząc bycia "etykietką",
zaczynamy zachodzić dość głęboko.
Ale jedną rzeczą, którą wiemy,
gdy mówimy o sile elektromagnetycznej
jest to, że różnoimienne ładunki się przyciągają.
Więc najlepiej myśleć o tym w ten sposób:
protony i elektrony,
jako że posiadają rożne ładunki,
przyciągają się do siebie.
Neutrony są obojętne,
więc sobie po prostu siedzą w jądrze,
i mają pewien wpływ na własności
niektórych pierwiastków.
Ale powodem dlaczego elektrony
nie latają sobie ot tak wszędzie
jest to, że są przyciągane.
Są przyciągane w kierunku jądra.
Mają tez niewiarygodnie dużą prędkość --
jest to ciężkie do
-- zaczynamy znowu dotykać
bardzo dziwnej części fizyki,
gdy zaczynami mówić o tym
co tak naprawdę robia elektrony
-- ale wystarczy--
Zdaje mi się że możemy poprostu powiedzieć
że skaczą w tę i we w tę wystarczająco mocno,
żeby nie spadaść na jądro.
Wydaje mi się, że jest to pewien sposób myślenia o tym.
I jak wspomniałem, węgiel C12 jest zdefiniowany
przez liczbę protonów.
Tlen z definicji posiada osiem protonów.
Ale znowu, elektrony mogą oddziaływać z innymi elektronami.
Mogą być zabierane przez inne atomy.
A to w sumie pozwala
zrozumieć dużą część chemii.
Zależy to od tego ile elektronów ma atom
lub pierwiastek,
i od tego, jak są skonfigurowane,
i jak są skonfigurowane elektrony innych pierwiastków
czy też elektrony innych atomów tego samego pierwiastka.
Możemy zacząć przewidywać jak atom jednego rodzaju
będzie reagował z innym atomem tego samego pierwiastka
lub innego pierwiastka -- jak będzie reagować,
czy mogą się połączyć, czy też nie, czy będą się przyciągać
czy odpychać od innych pierwiastków.
Jest to więc przykład,
a nauczymy się o wiele więcej o tym w przyszłości:
możliwe jest, żeby inny atom
zabrał elektron węglowi
z powodu --
a będziemy mówić o pewnych atomach niektórych pierwiastków
które przyciągają elektrony mocniej od innych
Więc na przykład, jeden z nich
może zabrać elektron z atomu węgla,
i wtedy ten węgiel będzie miał
mniej elektronów niż protonów,
więc będzie miał pięć elektronów i sześć protonów
I wtedy będzie miał on ładunek dodatni.
Więc ten węgiel C12, w pierwotnej wersji
miał sześć protonów i sześć elektronów, więc ładunki się niwelowały.
Jeśli straci on elektron, będzie ich tylko pięć
i wtedy będzie miał on ładunek dodatni.
Będziemy mówić o tym więcej
na dalszych nagraniach z cyklu chemii,
ale mam nadzieję że doceniacie to,
że zaczyna się już robić naprawdę zajebiste.
Doszliśmy już do tej podstawowej "cegiełki"
zwanej atomem.
I że co jeszcze fajniejsze, że te podstawowe
"cegły" składają się z
jeszcze bardziej podstawowych "cegiełek"
I że można zmieniać ich ilość
by zmienić własności atomu,
a nawet zmieniać atomy jednego pierwiastka w
atomy innego pierwiastka.