Elements and atoms | Atoms, compounds, and ions | Chemistry | Khan Academy

How elements relate to atoms. The basics of how protons, electrons and neutrons make up an atom.

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Wir Menschen wissen seit Tausenden von Jahren, dass es in der Umwelt um uns herum verschiedene Substanzen gibt.

Diese verschiedenen Substanzen haben verschiedene Eigenschaften.

So reflektieren verschiedene Substanzen das Licht in einer bestimmten Weise oder sind schwarz, reflektieren also kein Licht.

Oder sie haben eine bestimmte Farbe oder eine bestimmte Temperatur; sind gasförmig, flüssig oder Festkörper-

Aber wir beobachten auch, wie die Substanzen unter bestimmten Umständen miteinander reagieren.

Hier sehen Sie Bilder einiger dieser Substanzen. Das hier ist Kohlenstoff, und dies hier Graphit.

Das hier ist Blei, das hier ist Gold.

Und all die, die ich Euch hier gezeigt habe, habe ich von einer Webseite

und alle sind hier in ihrer festen Form aber wir wissen auch

bzw. es sieht so aus, als wäre eine Art von Luft darin oder bestimmte Luftpartikel

je nachdem ob es Kohlenstoff, Sauerstoff, oder Stickstoff ist,

haben diese Elemente verschiedene Eigenschaften. Oder es gibt andere Dinge, die

flüssig sein können,

wenn Du die Temperatur sehr erhöhst.

Wenn die Temperatur hoch genug ist,

wird auch Gold oder Blei flüssig.

Oder wenn Sie diesen Kohlenstoff verbrennen

dann geht er in einen gasförmigen Zustand über

und entweicht in die Atmosphäre.

Du kannst die Struktur des Kohlenstoffs verändern.

Das sind alles Beobachtungen, die wir längst wissen

und die seit Menschengedenken beobachtet werden.

Aber das führt zu einer nahefliegenden Frage,

ursprünglich eine philosophische Frage,

die wir aber heute ein wenig besser beantworten können.

Und die Frage ist: Wenn Du diesen Kohlenstoff in immer

kleinere und kleinere Brocken zerbrichst,

gibt es dann ein kleinstes Teilchen?

Eine kleinste Einheit von dieser Substanz,

die immer noch die Eigenschaften von Kohlenstoff hat?

Und wenn Du das immer noch weiter zerbrechen würdest,

würde dann die Eigenschaften von Kohlenstoff verloren gehen?

Und die Antwort lautet: Es gibt kleinere Einheiten.

Und um das in der richtigen Terminologie auszudrücken:

Wir nennen diese verschiedenen Stoffe, die diese reine Stoffe

diese reinen Substanzen, die spezifische Eigentschaften bei bestimmten Temperaturen haben,

und die auf ganz bestimmte Weise reagieren,

Wir nennen sie Elemente.

Kohlenstoff ist ein Element, Blei ist ein Element, Gold ist ein Element.

Du könntest nun sagen, dass Wasser auch ein Element ist.

Und in der Geschichte haben die Leute wirklich angenommen, dass Wasser ein Element sei.

Aber wir wissen heutzutage, dass Wasser aus mehreren einfachen Elementen besteht.

Es besteht aus Sauerstoff und Wasserstoff.

Und alle Elemente sind hier im Periodensystem der Elemente aufgelistet.

im Periodensystem der Elemente.

steht C für Carbon (Kohlenstoff) - ich gehe mal durch die Elemente, die

--Ich gehe gerade durch die

für die Menschheit besonders relevant sind - aber mit der Zeit

wirst Du mit all diesen Elementen noch vertrauter werden.

Das ist Sauerstoff, das ist Stickstoff, das ist Silizium

Das hier: - AU - ist Gold. Das ist Blei.

Und die einfachste Einheit all dieser Elemente ist das Atom.

Wenn man eine Substanz also in

immer kleinere Bröckchen zerbricht, dann müsste man

am Ende eventuell ein Kohlenstoff-Atom erhalten.

Wenn man das hier mit dem macht, bekommt man letzlich ein Goldatom.

Schließlich erhalten Sie eine Goldtom.

Und wenn Du das hier zerbröckelst, bekommst Du

einige dieser ganz kleinen

- da gibt es kein besseres Wort dafür - Partikel,

die wir dann Bleiatome nennen.

Diese Atome können wir nicht weiter zerkleinern

und immer noch Blei nennen.

Wenn wir das täten, würde die Eigenschaften von Blei nicht mehr vorliegen.

Und nur um Ihnen eine Idee zu geben

und das fällt selbst mir schwer:

Atome sind unglaublich klein.

Wirklich, unvorstellbar klein.

Nehmen wir als Beispiel Kohlenstoff.

Mein Haar besteht auch aus Kohlenstoff. Tatsächlich bestehe ich

zu einem großen Teil aus Kohlenstoff.

Und fast alle Lebewesen sind aus Kohlenstoff.

Wenn Du mein Haar nimmst, das ist aus Kohlenstoff.

Mein Haar besteht vorwiegend aus Kohlenstoff.

Wenn Du das Haar hier von mir nimmst

--mein Haar ist nicht gelb

aber es hebt sich deutlich vom Schwarz ab.

In Wirklichkeit ist mein Haar ist schwarz, aber wenn ich das machen würde, könntest

Du es nicht am Bildschirm sehen.

Aber wenn Du mein Haar hier nehmen würdest und ich würde Dich fragen:

Wieviel Kohlenstoffatome ist mein Haar breit?

Wenn wir also einen Querschnitt durch mein Haar machen würden, also nicht der Länge nach

sondern Breite nach und jemand fragt:

Wieviele Atome breit ist das?

Du kannst ja raten, Du weisst ja ein Atom ist sehr klein

dann sind vielleicht tausend Kohlenstoff-Atome hier.

oder 10.000 oder 100.000 Kohlenstoff-Atome.

Und ich würde sagen: Nein! Es sind eine Million Kohlenstoff-Atome.

Es sind eine Million Kohlenstoffatome.

Oder anders ausgedrückt: Du könntest eine Million Kohlenstoff-Atome auf einer Kette auffädeln um auf die Dicke

eines Durchschnittshaars eines Menschens zu kommen.

Und das ist nur eine Näherung, es ist nicht exakt.

Es ist nicht genau 1 Million,

aber es gibt Dir eine Vorstellung davon, wie klein ein Atom ist.

Weisst Du, zieh mal ein ein Haar aus Deinem Schopf

und stell Dir vor, da eine Million Dinge nebeneinanderzustellen,

so über den Haarquerschnitt verteilt,

nicht über die Länge des Haares - über die Breite.

Es ist schon schwer genug die Breite des Haares zu sehen.

Und dann sitzen da eine Million Kohlenstoff-Atome

über den Querschnitt verteilt.

Ist es nicht ziemlich cool

dass wir wissen, dass

es diesen einfachen Baustein

vom Kohlenstoff und von jedem anderen Element gibt?

Aber was noch interessanter ist, ist dass diese einfachen Bausteine

miteinander in Beziehung stehen.

Ein Kohlenstoffatom besteht aus noch grundlegenderen Partikeln

Ein Goldatom besteht aus noch grundlegenderen Partikeln

Und es ist tatsächlich erst durch

die genaue Anordnung dieser zugrundeliegenden Partikel festgelegt,

dass es sich um ein Gold-Atom handelt. Wenn man die Anzahl

der einfachen Teilchen ändern würde,könnte man die

Eigenschaften dieses Elements ändern,

wie es reagieren würde,

- oder man könnte das Element selbst ändern.

Und nur um das ein wenig verständlicher zu machen:

Lass uns kurz über diese zugrundeliegenden Teilchen reden.

Es gibt das Proton.

Das Proton ist tatsächlich das definierende Partikel

--die Anzahl der Protonen im Atomkern

- und Ich spreche gleich über den Atomkern -

definiert ein bestimmtes Element.

Genau das definiert ein Element.

Wenn man sich nun das Periodensystem anschaut, sind die Elemente

tatsächlich in der Reihenfolge der Ordnungszahl geschrieben,

und die Ordnungszahl ist

einfach die Anzal der Protonen in einem Element.

Definitionsgemäß besitzt Wasserstoff ein Proton.

Helium besitzt zwei Protonen. Kohlenstoff hat sechs Protonen.

Kohlenstoff kann niemals sieben Protonen haben,

wäre dies so, so wäre dieser nun Stickstoff und nicht mehr Kohlenstoff.

Es wäre einfach nicht mehr Kohlenstoff.

Sauerstoff besitzt acht Protonen.

Wenn man irgendwie ein Proton hinzufügen könnte,

so wäre dieses Element es nicht mehr Sauerstoff,

sondern Flour.

So definiert die Ordnungszahl das Element.

Die Atomnummer, also die Anzahl der Protonen -

also die Zahl, die

für jedes Element hier oben geschrieben wird

im Periodensystem der Elemente

die Anzahl der Protonen

ist gleich der Ordnungszahl

ist gleich der Ordnungszahl.

Die Zahl steht hier, weil sie die

charakteristischen Eigenschaften eines Elements definiert.

Die anderen zwei wesentlichen Bestandteile eines Atoms -

ich denke man kann es so beschreiben -

sind das Elektron und das Neutron.

Das Modell das man nun in seinem Kopf erstellen kann -

und dieses Modell, wenn man sich etwas intensiver mit Chemie beschäftigt

wird noch ein bisschen abstrakter werden

und wirklich scher in ein Konzept zu bringen.

Aber ein Weg das Modell zu beschreiben ist der Folgende:

Man hat Protonen und Neutronen, die

den Kern des Atoms bilden.

Sie sind der Kern des Atoms.

Zum Beispiel haben wir Kohlenstoff. Wir wissen, dass dieser sechs Protonen besitzt.

Also eins, zwei drei, vier, fünf, sechs.

Eine Version des Kohlenstoffs, Kohlenstoff 12, besitzt auch

sechs Neutronen.

Es gibt jedoch Arten von Kohlenstoff mit abweichender

Anzahl von Neutronen.

Somit kann die Anzahl der Neutronen und der Elektronen wechseln

und man hat immernoch das gleiche Element.

Die Anzahl der Protonen kann sich nicht verändern.

Verändert man die Anzahl der Protonen erhält man ein anderes Element.

Nun lasst mich einen Kohlenstoff 12 Kern zeichnen.

Also eins, zwei, drei, vier, fünf, sechs.

Das hier ist der Kern von Kohlenstoff 12.

Manchmal wird das auch so geschrieben.

Mitunter wird die Anazhl der

Protonen ebenfalls angegeben.

Der Grund warum wir Kohlenstoff 12 schreiben -

ich habe sechs Neutronen gezählt

ist dass dies die Gesamtzahl ist.

Sie könnten dies als die Gesamtzahl sehen

- eine Betrachtungsweise -

ein greifen nun ein wenig in die Zunkunft -

--ist, dass dies die Gesamtzahl

der Protonen und Neutronen im Kern ist.

Dieser Kohlenstoff hat per Definition eine Ordnungszahl von sechs,

aber wir können das zur Erinnerung hier hinschreiben.

nur, damit wir uns erinnern können.

Im Zentrum des Kohlenstoffatoms haben wir den Kern

und Kohlenstoff 12 hat sechs Protonen und sechs Neutronen.

Eine andere Art des Kohlenstoffs, Kohlenstoff 14, hat immer noch

sechs Protonen, aber acht Neutronen.

Die Anzal der Neutronen kann sich also verändern,

aber das hier ist und bleibt Kohlenstoff 12.

Wenn Kohlenstoff 12 nun neutral ist

und ich gebe euch gleich eine Ausführung dazu

wenn C12 also neutral ist, dann hat es auch sechs Elektronen.

Also, wenn ich sechs Elektronen zeichne,

Eins, zwei, drei, vier, fünf, sechs.

Ein Weg -- und das ist vielleicht der beste Weg -

Über die Beziehung

zwischen Elektronen und dem Atomkern nachzudenken, ist

sich die Elektronen als sich um den Kern

herum bewegende Teilchen vorzustellen,

die um diesen Kern herumsummen.

Ein Modell beschreibt die Elektronen als

Teilchen, die um den Atomkern herumkreisen,

aber das ist nicht ganz richtig.

Sie kreisen nicht in der Art und Weise um den Atomkern wie ein Planet

die Sonne umkreist.

Aber mit diesem Modell kann man gut anfangen.

Ein andere Beschreibung ist,

dass sie um den Kern herum springen.

Das wird so beschrieben, weil die Realität

auf dieser Ebene sehr seltsam wird,

Wir müssen uns mit Quantenphysik beschäftigen,

um wirklich zu verstehen was die Elektronen machen.

In der ersten Vorstellung eines Atoms,

wie dieses Kohlenstoff 12 Atoms

hat man den Atomkern im Zentrum.

Der Kern ist genau hier.

Die Elektronen springen um den Kern herum.

Die Erklärung, warum sich die Elektronen nicht einfach von

diesem Kern wegbewegen,

warum sie irgendwie an den Kern gebunden sind

und einen Teil des Atoms bilden, ist

dass Protonen eine positive Ladung besitzten.

und Elektronen haben eine negative Ladung.

Es ist eine der Eigenschaften dieser Elementarteilchen.

wenn man sich überlegt, was Ladung eigentlich von

einem allgemeinen Kennzeichen unterscheidet,

dann beginnt es schwierig zu werden.

Die eine Sache, die wir wissen ist,

dass wenn wir über elektromagnetische Kräfte sprechen,

dann ist es sicher , dass sich ungleiche Ladungen anziehen.

Der beste Weg über dies nachzudenken ist also:

Protonen und Elektronen,

haben unterschiedliche Ladungen

und deswegen ziehen sie sich gegenseitig an.

Neutronen sind neutral,

sie befinden sich wirklich nur innerhalb des Kerns,

und sie beeinflussen die Eigenschaften eines Atoms bis zu einem gewissen Grad

bei bestimmten Elementen.

Aber der Grund warum Elektronen

nicht einfach vom Kern weg fliegen ist,

weil sie von diesem angezogen werden.

Sie werden zum Kern gezogen.

Und sie haben eine unglaublich große Geschwindigkeit --

es ist wirklich schwer vorzustellen

und wir bewegen uns hier wieder einmal

in einem sehr fremdartigen Bereich der Physik.

Sobald wir beginnen, darüber zu reden

was ein Elektron überhaupt tut

es hat genug Energie

Ich denke man könnte sagen,

Es springt genug herum.

damit es nicht in den Kern fällt.

Dies ist eine Denkweise.

Ich erwähnte also Kohlenstoff 12,

definiert durch die Anzahl der Protonen.

Sauerstoff wäre durch acht Protonen definiert.

Elektronen können mit anderen Elektronen wechselwirken.

Sie können durch andere Atome weggenommen werden.

Dieser Prozess macht ein Großteil

des Verständnisses für Chemie aus.

Es geht darum, wie viele Elektronen ein Atom

oder ein bestimmtes Element besitzt.

Und wie diese Elektronen konfiguriert sind

und wie Elektronen eines anderen Elements konfiguriert sind

oder wie andere Atome des selben Elements konfiguiert sind.

Wir können also anfangen, eine Vorhersage zu treffen wie ein Atom eines Elements

mit einem anderen Atom des selben Elements reagiert,

oder wie ein Atom eines anderen Elements reagiert.

Oder wie es binden könnte, oder nicht binden könnte oder von einem anderen Element

angezogen oder abgestoßen wird.

Zum Beispiel

und wir wir werden in der Zukunft noch viel darüber lernen,

es ist für ein Atom möglich, warum auch immer, ein Elektron

vom Kohlenstoff zu klauen.

Wir werden noch darüber reden, aus irgendeinem Grund

und wir werden noch rüber bestimmte neutrale Atome bestimmter Elemente reden

Bestimmter Elemente haben eine größere Affinität für Elektronen

Also eins, vielleicht eins von diesen, klaut eine Elekron

vom Kohlenstoff,

und dann wird dieser Kohlenstoff ein

weniger Elektronen als Protonen haben,

Wir haben dann fünf Elektronen und sechs Protonen

Und plötzlich haben wir netto eine positive Ladung.

Dieses Kohlenstoff 12, in der ersten Version,

hatte 6 Protonen und 6 Elektronen, Die Ladung gleichen sich aus.

Wenn ich ein Elektron verliere, hat es nur noch fünf

und somit auch eine positive Ladung.

Während der nächsten Chemievideos werden wir noch

sehr viel mehr darüber hören,

aber hoffentlich habt Ihr jetzt schon eine Vorstellung davon, dass

dies wirklich cool werden wird.

Wir sind schon bei dem fundermentalen Grundbaustein,

dem Atom.

Und was besonders toll daran ist: Dieser fundermentale Grundbaustein,

wird aus noch grundlegenderen Grundbausteinen

zusammengesetzt.

All diese Dinge können verändert werden

um die Eigenschaften eines Atoms zu verändern

oder um sogar von einem Atom eines Elements

zum Atom eines anderen Elements zu gelangen.