Ľudstvo vedelo už tisícky rokov –
– veď sa len rozhliadnite okolo seba –
– že existujú rôzne látky.
A tieto rozličné látky zvyknú mať rozličné vlastnosti.
A nielen to;
jedna môže odrážať svetlo,
alebo ho neodrážať, mať určitú farbu alebo teplotu,
byť tekutinou, plynom alebo pevnou látkou.
Ale tiež si začíname všímať,
ako v určitých situáciách na seba vzájomne reagujú.
Tu sú obrázky niektorých z týchto látok.
Toto je uhlík.
A máme ho tu vo forme grafitu.
Toto je olovo.
A toto je zlato.
A tieto všetky na obrázkoch, ktoré som vám ukázal –
– a získal ich z tejto webstránky –
– všetky sú v pevnom skupenstve.
Ale tiež vieme, že existujú určité druhy vzduchu
a určité typy plynových častíc.
A podľa toho, na aký typ tých častíc sa dívate,
či je to uhlík, kyslík alebo dusík,
zdá sa, že majú rozličné vlastnosti.
Alebo sú iné veci, ktoré môžu byť tekuté.
Alebo ak zvýšite teplotu týchto látok dostatočne vysoko;
ak dostatočne zvýšite teplotu zlata alebo olova,
môžete dostať kvapalinu.
Alebo ak nejako spálite tento uhlík,
môžete ho premeniť na plyn.
Môžete ho vypustiť do atmosféry.
Môžete rozbiť jeho štruktúru.
Takže to sú veci, ktoré sme my všetci, ľudstvo,
pozorovali tisícky rokov.
Vedie to však k prirodzenej otázke,
ktorá bola v minulosti filozofická.
Ale dnes na ňu vieme odpovedať o čosi lepšie.
Tá otázka znie:
Ak budeme pokračovať v rozbíjaní tohto uhlíka
na menšie a menšie kúsky,
je tam niekde ten najmenší kúsok, najmenšia častica tejto látky,
ktorá bude mať stále vlastnosti uhlíka?
A ak ju budete nejako rozbíjať ďalej,
tak stratí vlastnosti uhlíka?
A odpoveď je: áno, je.
A aby sme sa držali správnej terminológie:
tieto rozličné substancie voláme -
- tieto čisté látky, ktoré majú špecifické vlastnosti
pri určitých teplotách a reagujú určitým spôsobom
- voláme ich prvky.
Uhlík je prvok.
Olovo je prvok.
Zlato je prvok.
Mohli by ste povedať, že voda je prvok;
a v minulosti ľudia považovali vodu za prvok.
Ale dnes vieme, že voda je vytvorená zo základnejších prvkov.
Skladá sa z kyslíka a vodíka.
A všetky naše prvky sú uvedené tu:
v periodickej tabuľke prvkov.
C znamená uhlík -
prebehnem iba tie, ktoré sú dôležité pre ľudstvo,
ale neskôr sa pravdepodobne zoznámite zo všetkými.
Toto je kyslík.
Toto je dusík.
Toto je kremík.
Au je zlato.
Toto je olovo.
A najzákladnejšia jednotka každého z týchto prvkov je atóm.
Takže ak budete ďalej dolovať
a získavať tak menšie a menšie kúsky,
nakoniec sa dostanete až k atómu uhlíka.
Urobíte tú istú vec tu,
nakoniec sa dostanete k atómu zlata.
Urobíte tú istú vec tu
a nakoniec získate niečo -
túto malú, pre chýbanie lepšieho výrazu, časticu
ktorú by ste volali atóm olova.
A nemali by ste byť schopní ho už rozbiť a stále ho volať olovo,
lebo by stále mal vlastnosti olova.
A len pre predstavu -
toto je skutočne niečo,, čo mám problém si predstaviť:
že atómy sú neuveriteľne malé,
naozaj nepredstaviteľne malé.
Tak napríklad, uhlík.
Môj vlas je tiež z uhlíka.
V skutočnosti väčšina zo mňa je z uhlíka.
V skutočnosti väčšina živých tvorov je prevažne z uhlíka.
A tak ak vezmete môj vlas -
a keďže môj vlas je z uhlíka, môj vlas je väčšinovo z uhlíka.
Takže ak vezmete môj vlas -
moje vlasy nie sú žlté,
ale je tu kontrast s čiernou.
Môj vlas je čierny, ale ak ho použijem,
nebudete ho na obrázku vidieť.
Ale ak vezmete môj vlas a ja sa vás opýtam:
Koľko atómov uhlíka tvorí jeho priemer?
Takže ak si vezmete priemer môjho vlasu,
nie dĺžku, ale jeho hrúbku,
koľko atómov uhlíka ju tvorí?
A môžete si tipnúť, pričom už viete, že sú veľmi malé.
Takže možno je to 1000 atómov uhlíka,
alebo 10 000, alebo 100 000.
Musím vám povedať, že nie.
Je to milión atómov uhlíka,
alebo by ste museli urobiť korálky z milióna atómov uhlíka,
aby ste získali priemer bežného ľudského vlasu.
Je to len približné číslo.
Nie je to presne 1 milión.
Ale dá vám to predstavu o tom, aký je atóm maličký.
Vytrhnite si vlas z hlavy
a len si predstavte miliónový rad,
jeden vedľa druhého, krížom cez vlas.
Nie pozdĺž vlasu, ale cez jeho priemer.
Je dokonca problém vidieť hrúbku vlasu,
a bude ho pritom tvoriť milión uhlíkových atómov.
To by bolo skvelé samo o sebe,
to, že vieme, že existuje najzákladnejšia stavebná jednotka uhlíka
táto základná tehla každého prvku.
Ešte lepšie je však to,
že tieto základné stavebné bloky sú vzájomne prepojené.
Že atóm uhlíka sa skladá z ďalších základných častíc.
Atóm zlata sa skladá z ďalších základných častíc.
A v skutočnosti sú prvky definované usporiadaním týchto základných častíc.
A ak zmeníte počet týchto základných častíc,
zmeníte aj vlastnosti prvku,
ako bude reagovať, alebo môžete dokonca zmeniť prvok samotný.
A aby sme to pochopili o čosi lepšie,
povedzme si niečo o týchto základných časticiach.
Takže máme tu protón.
A protón je v skutočnosti určujúci -
počet protónov v jadre atómu,
o jadre si povieme vzápätí -
- to je to čo určuje prvok.
Takže to je to, čo určuje prvok.
Keď sa pozriete na periodickú tabuľku,
prvky sú tu v poradí podľa atómového čísla.
A atómové číslo je, doslova a jednoducho,
počet protónov v jadre atómu.
Takže podľa definície, vodík má jeden protón,
hélium má dva protóny,
uhlík má šesť protónov.
Nemôžete mať uhlík so siedmimi protónmi.
Ak by ste taký mali, bol by to dusík.
Už by to nebol uhlík.
Kyslík má osem protónov.
Ak by ste mu nejako pridali ďalší protón,
už by to nebol kyslík.
Bol by to fluór.
Takže toto určuje prvky.
A atómové číslo,
počet protónov -
a zapamätajte si, že je to číslo písané tu hore,
pre každý prvok v periodickej tabuľke -
- počet protónov sa rovná atómovému číslu.
A to číslo sem dali preto,
pretože je to určujúca vlastnosť prvku.
Ďalšie dve zložky atómu -
- ak ich tak môžeme nazvať -
sú elektrón a neutrón.
A model, ktorý si môžete začať tvoriť v hlave -
- pričom tento model, ako budeme v chémii ďalej pokračovať,
bude abstraktnejší a naozaj ťažko predstaviteľný.
Ale jeden spôsob ako to uchopiť je, že máte protóny a neutróny,
ktoré sú v centre atómu.
Tvoria jadro atómu.
Takže napríklad uhlík - - už vieme - má 6 protónov.
Takže jeden, dva, tri, štyri, päť, šesť.
Uhlík-12, čo je druh uhlíka,
ktorý má tiež 6 neutrónov.
Môžete mať verzie uhlíka,
ktoré majú odlišný počet neutrónov.
Takže neutróny sa môžu meniť, elektróny sa môžu meniť,
a stále to bude ten istý prvok.
Protóny sa meniť nemôžu.
Zmeníte počet protónov, dostanete odlišný prvok.
Nechajte ma nakresliť jadro uhlíka-12;
jeden, dva, tri, štyri, päť, šesť.
Takže tu máme jadro uhlíka-12
a niekedy bude zapísaný takto.
A niekedy bude zapísaný aj počet protónov.
A dôvod, prečo ho zapisujeme ako uhlík-12;
započítal som 6 neutrónov;
je ten, že je to suma,
môžete to brať ako celkový súčet -
- k jemným rozdielom sa dostaneme v budúcnosti -
- že je to celkový počet protónov
a neutrónov v jeho jadre.
A tento uhlík, z definície, má atómové číslo 6,
ale môžeme ho tu prepísať,
len aby sme si ho pripomenuli.
Takže v centre atómu uhlíka máme toto jadro.
A uhlík-12 bude mať 6 protónov a 6 neutrónov.
Iná verzia uhlíka, uhlík-14,
bude mať stále 6 protónov,
ale bude mať 8 neutrónov.
Takže počet neutrónov sa môže meniť.
Ale toto tu je uhlík-12.
A ak je uhlík-12 neutrálny -
- a toto slovo tomu dá za sekundu jemný rozdiel -
- ak je neutrálny, bude mať tiež 6 elektrónov.
Nechajte ma nakresliť týchto 6 elektrónov;
jeden, dva, tri, štyri, päť, šesť.
A jeden zo spôsobov - a toto je možno hlavný spôsob
ako rozmýšľať o vzťahu
medzi elektrónmi a jadrom -
- že si elektróny môžete predstaviť ako pohybujúce sa,
bzučiace okolo jadra.
Jeden z modelov je,
že o nich môžete rozmýšľať ako o obiehajúcich okolo jadra.
Ale to nie je celkom správne.
Neobiehajú spôsobom ako planéty obiehajú okolo Slnka.
Ale je to dobrý štartovací bod.
Iná predstava je, že skáču okolo jadra,
alebo sa okolo neho roja.
Je to preto, lebo skutočnosť sa na tejto úrovni stáva veľmi zvláštnou
a budeme musieť ísť do kvantovej fyziky
aby sme pochopili, čo vlastne elektrón robí.
Ale prvý mentálny model vo vašej hlave je,
že v centre tohto atómu, tohto uhlíka-12,
máte toto jadro.
A tieto elektróny skáču okolo jadra.
Dôvod, prečo sa tieto elektróny jednoducho nestratia,
neodídu preč od jadra;
prečo s ním majú nejaký druh spojenia
a tvoria časť tohto atómu je,
že protóny majú pozitívny náboj
a elektróny majú negatívny náboj.
Je to jedna z vlastností týchto základných častíc.
A keď začnete rozmýšľať,
čo je vlastne náboj zásadne iného ako značka?
začne to ísť viac do hĺbky.
Ale jedna vec, ktorú vieme,
keď sa bavíme o elektromagnetickej sile je,
že nerovnaké náboje sa priťahujú.
Takže najlepší spôsob, ako o tom premýšľať je,
že protóny a elektróny,
pretože majú rôzne náboje, tak sa vzájomne priťahujú.
Neutróny sú neutrálne.
Takže si tam len tak sedia v jadre.
A na určitej úrovni ovplyvňujú vlastnosti
niektorých atómov určitých prvkov.
Dôvod, prečo máme elektróny, ktoré si len tak neodletia kam chcú
je v tom, že sú priťahované k jadru.
A tiež majú neuveriteľne vysokú rýchlosť.
V skutočnosti je ťažké...
a znovu sa začíname dotýkať veľmi zvláštnej časti fyziky,
akonáhle začneme hovoriť o tom, čo elektrón v skutočnosti robí.
Ale myslím, že povedať,
že skáče okolo a nechce len tak spadnúť do jadra,
je jeden zo spôsobov ako o tom rozmýšľať.
A ako som už spomenul, je uhlík-12 určený počtom protónov.
Kyslík by bol definovaný tým, že by mal 8 protónov.
Ale znova, elektróny môžu interagovať s inými elektrónmi,
alebo môžu byť odtrhnuté inými atómami.
A toto konkrétne tvorí značnú časť nášho chápania chémie.
Je založené na tom, koľko elektrónov má atóm,
alebo konkrétny prvok,
a ako sú tieto elektróny usporiadané.
Ako sú usporiadané elektróny ostatných prvkov,
alebo možno iné atómy toho istého prvku.
Môžeme tak začať predpovedať, ako atóm nejakého prvku
môže reagovať s iným atómom toho istého prvku.
Alebo ako môže atóm jedného prvku reagovať,
ako môže alebo nemôže byť spojený
alebo priťahovaný či odpudzovaný
iným atómom iného prvku.
Takže napríklad -
- a naučíme sa o tom oveľa viac v budúcnosti -
- je pre iný atóm možné odtiahnuť preč elektrón z uhlíka,
len tak, z rôznych dôvodov.
A budeme si hovoriť o konkrétnych prvkoch, konkrétnych ich neutrálnych atómoch,
ktoré majú väčšiu príťažlivosť pre elektróny ako iné.
Takže možno jeden z nich odtiahne elektrón od uhlíka,
a vtedy tento uhlík bude mať menej elektrónov ako protónov.
Takže potom bude mať 5 elektrónov a 6 protónov.
A potom bude mať ako celok kladný náboj.
Takže v tomto uhlíku-12, v mojej prvej verzii,
mám 6 protónov a 6 elektrónov.
Náboje sa vyrušia.
Ak stratím elektrón, potom ich mám iba 5
a vtedy budem mať celkový kladný náboj.
A budeme o tom hovoriť oveľa viac
počas tohto kurz chémie.
Ale dúfam, že máte pocit,
že to už teraz to je naozaj vzrušujúce.
Už sa dokážeme dostať k tomu skutočnému,
základnému stavebnému kameňu, nazvanému atóm.
A čo je ešte krajšie, tento základný stavebný kameň
sa skladá z ešte základnejších stavebných kameňov.
A tieto bloky môžu byť vymenené,
čo zmení vlastnosti atómu,
alebo dokonca vedie k zmene atómu jedného prvku
na atóm prvku iného.