Nós, humanos, sabemos, há milhares de anos,
olhando apenas para o ambiente à nossa volta,
que há diferentes substâncias.
Estas diferentes substâncias tendem a ter propriedades diferentes.
Não apenas têm propriedades diferentes:
podem reflectir luz de uma certa forma, ou não refelctir luz,
ou ser de uma certa cor, ou, a uma dada temperatura,
ser um líquido, um gaz ou um sólido...
Mas começamos também a observar
como reagem umas com as outras em determinadas circunstâncias.
Aqui estão fotografias de algumas destas substâncias.
Esta aqui é carbono e está na forma de grafite.
Esta aqui é chumbo, esta aqui é ouro.
Todas as fotografias que mostrei aqui,
tirei-as todas deste website.
Todas estas substâncias estão no seu estado sólido, mas também sabemos...
Parece que há certos tipos de ar nelas,
certos tipos de partículas de ar,
e, dependendo do tipo de partículas de ar,
seja carbono, oxigénio ou nitrogénio,
parecem ter diferentes tipos de propriedades.
Há outras coisas que podem ser líquidas
ou, se subirmos a temperatura o suficiente nestas coisas,
se subirmos a temperatura suficientemente alto ao ouro ou ao chumbo
podemos obter um líquido.
Ou, se queimarmos este carbono
podemos passá-lo a um estado gasoso,
podemos libertá-lo para a atmosfera,
podemos partir a sua estrutura.
Isto são coisas que nós todos,
que a humanidade tem observado durante milhares de anos.
Mas isto leva a uma questão natural
que costumava ser uma questão filosófica
mas hoje podemos responder-lhe um pouco melhor.
E essa questão é: se continuarmos a dividir o carbono
em pedaços mais e mais pequenos,
existe algum pedaço mais pequeno,
alguma unidade mais pequena deste material, desta substância,
que ainda tenha as propriedades do carbono?
E se de alguma forma pudessemos dividir ainda mais,
se perdessem as propriedades do carbono?
E a resposta é: existe.
Para termos uma terminologia,
chamamos a estas diferentes substâncias, estas substâncias puras
que têm estas propriedades específicas a determinadas temperaturas,
e reagem de determinadas formas,
chamamos-lhes elementos.
O carbono é um elemento, o chumbo é um elemento, o ouro é um elemento.
Poderão dizer que a água é um elemento,
Durante muitos anos, a água foi referida como um elemento.
Mas hoje sabemos que a água é composta por elementos mais básicos.
É composta por oxigénio e hidrogénio.
E todos os nossos elementos estão catalogados aqui
na Tabela Periódica dos Elementos.
C representa o carbono
-- vou apenas referir-me àqueles que são
muito relevantes para a humanidade --
mas ao longo do tempo provavelmente familiarizar-se-ão com todos eles.
Este é o oxigénio. Este é o nitrogénio. Este é o silício.
Au é ouro. Este é o chumbo.
E a unidade mais básica de todos estes elementos é o átomo.
Portanto, se continuássemos a dividir
e a tirar pedaços cada vez mais pequenos disto,
acabaríamos por ter um átomo de carbono.
Se fizessemos o mesmo aqui,
chegaríamos a um átomo de ouro.
Se fizessemos o mesmo aqui,
obteríamos esta pequena
-- por falta de melhor palavra -- partícula,
a que chamaríamos um átomo de chumbo.
E não seríamos capazes de dividir mais
e continuar a chamar-lhe chumbo.
Já não teria as propriedades do chumbo.
Para vos dar uma ideia
-- tenho realmente dificuldade em imaginar isto --
os átomos são incrivelmente pequenos.
Realmente, inimaginavelmente pequenos.
Por exemplo, o carbono.
O meu cabelo também é feito de carbono.
Na verdade, a maior parte de mim é feita de carbono.
Na verdade, a maior parte dos seres vivos é feita de carbono.
Se pegarmos no meu cabelo, e o meu cabelo é carbono.
O meu cabelo é, na maior parte, carbono.
Se pegarmos no meu cabelo
-- o meu cabelo não é amarelo
mas contrasta melhor assim com o preto.
O meu cabelo é preto, mas se eu o desenhasse preto
não o conseguiríamos ver no ecrã.
Mas se pegassemos no meu cabelo e eu vos perguntasse:
quantos átomos de carbono tem de largura?
Se pegarmos numa secção cortada do meu cabelo, não ao comprimento,
mas na largura, e dissermos:
quantos átomos de carbono tem de largura?
Poderiam adivinhar, oh, o Sal já me disse, é muito pequeno,
por isso talvez sejam mil átomos de carbono,
ou dez mil, ou cem mil,
E eu diria: não!
Estão ali um milhão de átomos de carbono.
Poderíamos contar um milhão de átomos de carbono
na largura de um cabelo humano médio.
E isto é obviamente uma aproximação,
não é exactamente um milhão.
Mas isto dá-vos uma ideia do quão pequeno um átomo é.
Puxem um cabelo da vossa cabeça
e imaginem pôr um milhão de coisas
umas ao lado das outras,
ao longo do cabelo, não no comprimento, na largura.
É difícil ver a largura do cabelo.
e existem um milhão de átomos de carbono
apenas aí.
Seria muito fixe, só por si --
sabemos que existe
este bloco básico de construção do carbono,
este bloco básico de construção de qualquer elemento.
Mas o que é melhor é que
estes blocos básicos de construção estão relacionados uns com os outros.
Um átomo de carbono é composto por partículas ainda mais fundamentais.
Um átomo de ouro é composto por partículas ainda mais fundamentais.
E estes são definidos
pela combinação destas partículas fundamentais.
Se mudássemos o número
de partículas fundamentais,
poderíamos mudar as propriedades desse elemento,
mudar como reagiria,
ou até mudar o próprio elemento.
Para percebermos isto um pouco melhor,
vamos falar sobre estes componentes fundamentais.
Temos o protão.
O protão é na verdade o que define
-- o número de protões no núcleo de um átomo
-- falarei do núcleo em breve --
é o que define o elemento.
Isto é o que define um elemento.
Quando olhamos para a Tabela Períodica,
eles estão escritos por ordem de número atómico,
e o número atómico é,
literalmente, o número de protões no elemento.
Por definição, o hidrogénio tem um protão.
O hélio tem dois protões. O carbono tem seis protões.
Não se pode ter carbono com sete protões,
Se tivesse, seria nitrogénio.
Já não seria carbono.
O oxigénio tem oito protões.
Se de alguma forma adicionássemos aí mais um protão,
já não seria oxigénio.
Seria flúor. Então isto define o elemento.
Define o elemento.
E o número atómico, o número de protões,
-- e lembrem-se:
é o número que está escrito aqui em cima,
para cada um destes elementos na Tabela Periódica --
o número de protões
é igual ao número atómico.
É igual ao número atómico.
O número está aqui em cima porque
é a característica que define o elemento.
Os outros dois constituintes de um átomo
-- penso que podemos chamar-lhes assim --
são o electrão e o neutrão.
E o modelo que podem começar a construir na vossa cabeça
-- e este modelo, à medida que formos estudando química, vamos ver, --
tornar-se-à um pouco mais abstracto
e difícil de conceptualizar.
Uma forma de pensar nele é:
temos os protões e os neutrões
que são o centro do átomo.
Eles são o núcleo do átomo.
Por exemplo, o carbono, sabemos, tem seis protões.
Um, dois, três, quatro, cinco, seis.
O carbono 12, que é uma versão do carbono,
terá também seis neutrões.
Podemos ter versões de carbono
que têm um número diferente de neutrões.
Os neutrões podem mudar, os electrões podem mudar,
e teremos ainda o mesmo elemento.
Os protões não podem mudar.
Se mudarmos os protões, teremos um elemento diferente.
Deixem-me desenhar um núcleo de carbono 12.
Um, dois, três, quatro, cinco, seis.
Isto aqui é o núcleo do carbono 12.
E por vezes estará escrito assim.
E às vezes pode aparecer escrito
também o número de protões.
E a razão por que escrevemos carbono 12
-- viram que contei seis neutrões --
é que isto é o total
-- podemos ver isto como o total --
é uma maneira de o ver,
e teremos algumas interpretações diferentes no futuro
-- é que este é o número total
de protões e neutrões dentro do núcleo.
E este carbono, por definição, tem um número atómico de seis,
mas podemos escrevê-lo aqui
só para nos lembrarmos.
Então, no centro do átomo de carbono temos este núcleo.
E o carbono 12 terá seis protões e seis neutrões.
Outra versão do carbono, o carbono 14, terá na mesma
seis protões, mas terá oito neutrões.
Por isso, o número de neutrões pode mudar,
mas este aqui é o carbono 12.
E se o carbono 12 é neutro
-- e já darei uma explicação sobre esta palavra --
se é neutro também terá seis electrões.
Deixem-me desenhar esses seis electrões.
Um, dois, três, quatro, cinco, seis.
Uma maneira -- e esta é talvez a mais usada --
de pensar na relação
entre electrões e o núcleo
é: podemos imaginar que os electrões
estão como que a mover-se à volta,
a zumbir à volta deste núcleo.
Podemos pensar
neles como que orbitando à volta do núcleo.
Mas isto não será completamente correcto.
Eles não orbitam da mesma forma que um planeta
orbita à volta do Sol.
Mas é um bom ponto de partida.
Outra forma é: eles estão como que a saltar à volta do núcleo
ou a zumbir à volta do núcleo.
E isso é porque
aqui a realidade se torna bastante estranha
e teríamos que entrar pela física quântica
para perceber o que o electrão está a fazer.
Mas um primeiro modelo mental para a vossa cabeça é:
o centro deste átomo, deste átomo de carbono 12,
temos este núcleo.
Temos este núcleo aqui.
E estes electrões estão a saltar à volta deste núcleo.
E a razão pela qual estes electrões
não se afastam simplesmente do núcleo,
a razão porque estão como que ligados a este núcleo,
formando parte deste átomo,
é que os protões têm carga positiva.
E os electrões têm uma carga negativa.
E é uma das propriedades destas partículas elementares,
quando se começa a pensar realmente sobre
o que é uma carga, para além da simples convenção,
começa a tornar-se profundo.
Uma coisa que sabemos,
quando falamos sobre forças electromagnéticas,
é que cargas contrárias se atraem.
Portanto a melhor forma de pensar sobre isto é:
os protões e os electrões,
porque têm diferentes cargas,
atraem-se uns aos outros.
Os neutrões são neutros,
por isso estão simplesmente aqui dentro do núcleo,
e influenciam as propriedades em certo nível,
para alguns átomos de certos elementos.
Mas a razão pela qual não temos os electrões
simplesmente a voar para fora sozinhos
é porque eles são atraídos.
São atraídos para o núcleo.
Têm também uma velocidade incrivelmente alta
-- é na realidade difícil para --
estamos de novo a tocar
numa parte muito estranha da física
quando começamos a falar
sobre o que faz realmente um electrão
-- mas tem suficiente --
acho que se pode dizer
que está a saltar o suficiente
para não cair simplesmente para o núcleo,
Penso que é uma forma de pensar sobre isto.
Portanto, eu referi o carbono 12 aqui,
definido pelo número de protões.
O oxigénio seria definido como tendo oito protões.
Mas, mais uma vez, os electrões podem interagir com outros electrões.
Podem ser tomados por outros átomos.
E isto compõe bastante
da nossa compreensão da química.
É baseada em quantos electrões tem um átomo,
ou um certo elemento.
E como estes electrões estão configurados,
e como os electrões de outros elementos estão configurados,
ou talvez outros átomos do mesmo elemento.
Poderemos começar a prever como um átomo de um elemento
pode reagir com outro átomo do mesmo elemento,
ou um átomo de um elemento -- como pode reagir,
como se pode ligar, ou não ligar, ou ser atraído,
ou repelir outro átomo de outro elemento.
Por exemplo,
-- vamos aprender muito mais sobre isto no futuro --
é possível para outro átomo em algum sítio
tomar um electrão de um carbono,
só porque, por qualquer razão
-- falaremos de certos átomos neutros de certos elementos --
tem uma maior afinidade por alguns electrões.
Talvez um desses
tire um electrão de um carbono
e então este carbono
terá menos electrões que protões
e então teremos cinco electrões.
E teremos uma carga total positiva.
Então neste carbono 12, a primeira versão que fiz,
tínhamos seis protões, seis electrões, as cargas cancelavam-se.
Se eu perder um electrão, então tenho apenas cinco,
e então terei uma carga global positiva.
Iremos falar muito mais sobre isto
ao longo da lista de reprodução de química,
mas espero que já tenham percebido
como isto está a começar a ficar mesmo fixe.
Já chegámos a este bloco elementar de construção
que é o átomo.
E o que é melhor é que
este bloco elementar de construção é composto
por partículas ainda mais elementares de construção.
E estas coisas podem ser todas trocadas
de forma a mudar as propriedades de um átomo,
ou até ir de um átomo de um elemento
para um átomo de outro elemento.