Elemek és atomok | Atomok, vegyületek és ionok | Kémia | Khan Academy

Az elemek és az atomok viszonya. Az atomot felépítésének alapjai: protonok, elektronok és neutronok.

Nézd meg a következő videót: https://www.khanacademy.org/science/chemistry/atomic-structure-and-properties/introduction-to-the-atom/v/atomic-number-mass-number-and-isotopes?utm_source=YT&utm_medium=Desc&utm_campaign=chemistry

Tanulj kémiát a Khan Academyn: https://www.khanacademy.org/science/chemistry

Kémia a Khan Academyn: Tudtad, hogy minden kémiai anyagokból áll? A kémia az anyagokat vizsgálja: azok összetételét, tulajdonságait és reakcióképességét. Ez nagyjából a középiskola első évének tananyagát fedi le. Az algebra alapos ismerete segítségedre lehet.

Mi a Khan Academy? A Khan Academy gyakorló feladatokat, oktatóvideókat és személyre szabott tanulási összesítő táblát kínál, ami lehetővé teszi, hogy a tanulók a saját tempójukban tanuljanak az iskolában és az iskolán kívül is. Matematikát, természettudományokat, programozást, történelmet, művészettörténetet, közgazdaságtant és még más tárgyakat is tanulhatsz nálunk. Matematikai mesterszint rendszerünk végigvezeti a diákokat az általános iskola első osztályától egészen a differenciál- és integrálszámításig modern, adaptív technológia segítségével, mely felméri az erősségeket és a hiányosságokat.
Küldetésünk, hogy bárki, bárhol világszínvonalú oktatásban részesülhessen.
Iratkozz fel a Khan Academy magyar csatornájára:
https://www.youtube.com/subscription_center?add_user=khanacademymagyar
A magyar fordítás az Akadémia Határok Nélkül Alapítvány (akademiahataroknelkul.hu) fordítócsapatának munkája.

Mi, emberek évezredek óta tudjuk,

akár csak ha a saját
környezetünkben is körülnézünk,

hogy sokféle anyag létezik.

A különféle anyagoknak pedig

többnyire eltérőek a tulajdonságaik.

Nem csak a tulajdonságaik különböznek,

például az egyik visszaveri a fényt,
a másik nem,

vagy különböző a színük,

vagy egy adott hőmérsékleten lehetnek

folyadékok, gázok vagy szilárd anyagok.

De azt is megfigyelhetjük,

hogy adott körülmények között
miképpen reagálnak egymással.

Íme néhány anyag képe.

Ez itt szén, grafit alakjában,

ez itt ólom, ez pedig az arany.

Az összes itt bemutatott anyag képe

erről a weboldalról származik.

Ezek mind szilárd halmazállapotúak,

de tudjuk,

hogy vannak légnemű anyagok is,

gáz állapotú részecskék.

Attól függően, hogy miféle gáz állapotú anyag
részecskéit figyeljük meg

– legyen ez akár szén, oxigén, vagy nitrogén –,

szintén különböznek a tulajdonságaik.

Más anyagok folyékonyak,

akár ezek is, ha elég magas
a hőmérsékletük.

Kellően magas hőmérsékleten

az arany és az ólom is cseppfolyósítható.

Vagy ha elégeted ezt a széndarabot,

gáz halmazállapotúvá teheted,

és kiengedheted a légkörbe.

Megbonthatod a szerkezetét.

Mindezt az emberiség
évezredek óta megfigyelte.

Ebből viszont magától felvetődik
egy kérdés,

amely régebben filozófiai kérdés volt,

de ma már kicsit jobban
meg tudjuk magyarázni.

A kérdés: ha tovább bontjuk
ezt a széndarabot,

egyre kisebb részekre,

létezik-e legkisebb rész?

Van-e olyan legkisebb egysége
ennek az anyagnak,

ami még mindig rendelkezik
a szén tulajdonságaival?

És ha azt még tovább tudnánk bontani,

akkor vajon elveszítené-e a szén jellegét?

A válasz az, hogy van.

Ismerjük meg a szakkifejezést:

ezeket a különféle tiszta anyagokat,

amik jellemző tulajdonságokkal bírnak
adott hőmérsékleten,

és jellegzetes módon reagálnak,

elemeknek hívjuk.

A szén, az ólom és az arany is elem.

Mondhatnád, hogy a víz is elem.

Régebben a vizet is elemnek tekintették,

de ma már tudjuk, hogy a víz
több alapelemből épül fel:

oxigénből és hidrogénből.

Az elemek mind megtalálhatók

az elemek periódusos rendszerében.

A C a szén jele.

Csak azokat említem,

amelyek fontosak az emberiség számára,

de idővel talán majd mindet megismered.

Ez az oxigén. Ez a nitrogén. Ez a szilícium.

Ez az Au, az arany. Ez az ólom.

Az elemek legalapvetőbb
építőeleme az atom.

Egyre mélyebbre hatolva,

egyre kisebb darabokat vizsgálva,

eljuthatunk egyetlen szénatomig.

Ugyanezt megtehetjük ezzel is,

és eljutunk az aranyatomig.

Ebben az esetben ugyanígy eljutsz

olyan apró – jobb szó híján – részecskéig,

amit ólomatomnak hívunk.

Ez már nem bontható tovább úgy,

hogy továbbra is ólomnak nevezhessük,

hogy megőrizze az ólomra
jellemző tulajdonságait.

Csak hogy el tudd képzelni

– ez nekem eléggé nehezen megy –,

az atomok hihetetlenül aprók.

Tényleg hihetetlenül kicsik.

Például ott van a szén.

A hajam is szénből épül fel,

sőt magam is nagyrészt szénből állok.

Valójában minden élőlény
nagyrészt szénből áll.

Ha a hajamat nézzük, az is szén.

A hajam jórészt szén.

Tehát nézzük a hajamat,

ami egyébként nem sárga,

de jól elüt a feketétől.

A hajam fekete, de ha úgy mutatnám,

akkor nem látszana a képernyőn.

A hajam kapcsán megkérdezhetnélek,

hogy hány szénatomnyi
egy hajszálam szélessége.

A hajam keresztmetszetét vizsgálva,

tehát nem a hosszát,
hanem a szélességét nézve

vajon hány szénatomnyi a szélessége?

Így okoskodhatnál: Sal már említette,
hogy az atomok nagyon kicsik,

tehát ez lehet akár ezer szénatom,

vagy tízezer, sőt százezer.

Én erre azt mondanám: nem!

Ez itt egymillió szénatom.

Egymillió szénatom fér el

egy átlagos emberi hajszálon keresztben.

Ez persze csak becslés,

nem pontosan egymillió,

de érzékelteti, hogy milyen kicsi egy atom.

Csak húzz ki egy szálat a hajadból,

és képzeld el, hogy egymillió atomot teszel

egymás mellé a hajszálon keresztbe,

nem hosszában, hanem széltében.

Még a haj szélességét is alig látjuk,

és ekkorka helyen fér el
egymillió szénatom.

Már önmagában az is nagyon érdekes,

amit már tudunk,

hogy egyáltalán létezik ilyen
alapvető építőeleme a szénnek,

illetve bármelyik elemnek.

De még ennél is érdekesebb

ezeknek az építőelemeknek
az egymáshoz való viszonya.

A szénatom még kisebb
elemi részecskékből áll.

Az aranyatom még kisebb
elemi részecskékből áll.

A tulajdonságaikat

ezeknek az elemi részecskéknek
az elrendeződése szabja meg.

Ha megváltoztatnánk

a benne lévő elemi részecskék számát,

megváltoztathatnánk
az adott elem tulajdonságait,

azt, hogy hogyan reagál,

sőt akár magát az elemet is
meg tudnánk változtatni.

Csak hogy egy kicsit érthetőbb legyen,

beszéljünk egy kicsit az elemi részecskékről.

Tehát létezik a proton.

A proton határozza meg,

– azaz az atommagban lévő protonok száma,

és mindjárt az atommagról is beszélek –,

a proton az, ami meghatározza az elemet.

Ez határozza meg az elemet.

A periódusos rendszerre nézve látszik,

hogy az elemek a rendszám alapján
vannak sorba rendezve.

A rendszám pedig valójában

az adott elem protonjainak száma.

Így definíció szerint
a hidrogénnek 1 protonja van.

A héliumnak 2 protonja,
a szénnek 6 protonja van.

Nem létezik olyan szén, amiben 7 proton van.

Ha volna ilyen, akkor az már nitrogén lenne,

én nem szén.

Az oxigénnek 8 protonja van.

Ha valahogy hozzá tudnánk adni
még egy protont,

akkor az már nem oxigén lenne,
hanem fluor.

Tehát ez határozza meg az elemet.

Ez határozza meg az elemet.

A rendszám, a protonok száma

– és ne feledd, ez a szám látható itt felül

minden elem vegyjele fölött
a periódusos rendszerben –,

a protonok száma
egyenlő a rendszámmal.

Ide felülre írják, mivel

ez az elemek egyik meghatározó jellemzője.

Az atom másik két alkotója

– így is hívhatjuk őket –,

az elektron és a neutron.

Gondolatban elkezdhetsz
építeni egy modellt,

amely a kémiai
tanulmányokban előrehaladva

egy kissé elvontabb lesz,

és egyre nehezebben megfogalmazható,

de elképzelhetjük például úgy,

hogy a protonok és neutronok

vannak az atom központjában.

Ők alkotják az atommagot.

Például a szénről tudjuk, hogy 6 protonja van.

Egy, kettő, három, négy, öt, hat.

A szén-12-ben, amely a szén egyik változata,

6 neutron is van.

A szénnek különböző változatai lehetnek,

amelyekben a neutronok száma különböző.

Tehát a neutronszám változhat,
az elektronszám változhat,

de az elem továbbra is ugyanaz marad.

A protonok száma viszont nem változhat.

Ha megváltoztatjuk a protonok számát,
akkor egy másik elem jön létre.

Rajzolok egy szén-12 atommagot.

Egy, kettő, három, négy, öt, hat.

Ez itt tehát a szén-12 atommagja.

Néha így írják,

néha pedig úgy,

hogy protonok számát is feltüntetik.

Azért nevezzük szén-12-nek,

– 6 neutronnal számoltam –,

mert ez az összege...

úgy vehetjük, hogy ez az összege...

– az egyik megközelítésben,
amin később még finomítunk –,

ez az összege a protonok
és neutronok számának

az atommagban.

Definíció szerint a szén rendszáma 6.

Fel is írhatjuk ide,

csak hogy ne felejtsük el.

Tehát a szénatom központjában
van az atommag.

A szén-12-nek 6 protonja és 6 neutronja van.

A szén egy másik változata a szén-14,

amelynek szintén 6 protonja van,

viszont a neutronszáma 8.

Tehát a neutronok száma változhat.

Ez itt viszont a szén-12.

Amennyiben a szén-12 semleges,

és mindjárt el is magyarázom,
hogy ez mit jelent,

ha semleges, akkor
elektronokból is 6-ot tartalmaz.

Lerajzolom ezt a 6 elektront.

Egy, kettő, három, négy, öt, hat.

Az egyik – talán a legegyszerűbb – elképzelés

az elektronok és az atommag kapcsolatáról az,

hogy az elektronok körbe-körbe

táncolnak az atommag körül.

Az egyik modell alapján úgy képzelhetjük el,

hogy keringenek a mag körül,

de ez nem teljesen igaz.

Nem úgy keringenek, mint ahogyan

az égitestek keringenek a Nap körül,

de kiindulásnak ez is jó.

Úgy is elképzelhető, hogy ugrálnak,

nyüzsögnek az atommag körül.

Azért így magyarázzuk,

mert a valóság igen különössé válik
ezen a szinten,

és csak a kvantumfizika segítségével
érhetnénk meg,

hogy valójában
mit is csinálnak az elektronok.

De a legegyszerűbben elképzelhető
modell szerint

a szén-12 atom közepén

ott van az atommag,

és ezek az elektronok
ott ugrálnak körülötte.

Megvan az oka annak,
hogy ezek az elektronok

miért nem repülnek világgá,

miért kötődnek ehhez az atommaghoz,

és miért képezik az atom részét.

Az ok az, hogy a protonok töltése pozitív,

az elektronok töltése pedig negatív.

Ez az egyik jellemzője
ezeknek az elemi részecskéknek.

Ha azon kezdünk gondolkodni,
hogy a töltés mitől több, mint puszta jel,

akkor mélyebbre kell, hogy ássunk.

Amit mindenképp tudunk

az elektromágneses erővel kapcsolatban,

az az, hogy az ellentétes töltések
vonzzák egymást.

A legkönnyebben tehát így képzelhetjük el:

a protonok és elektronok,

mivel ellentétes töltésűek,

vonzzák egymást.

A neutronok semlegesek,

tehát csak ott ülnek az atommagban,

bár valamilyen szinten ezek is
befolyásolják a tulajdonságokat

egyes elemek egyes atomjai esetén.

Az ok azonban, amiért az elektronok

nem repülnek el csak úgy,

az az, hogy vonzás hat rájuk.

Vonzza őket az atommag.

A sebességük is elképzelhetetlenül nagy.

Nehéz elképzelni.

Megint a fizika egyik
nagyon furcsa területét érintjük,

amint arról kezdünk beszélni,

hogy mit is csinál az elektron.

De elég...

mondhatnánk úgy is,

hogy körös-körül ugrál,

nem akar csak úgy
belezuhanni az atommagba.

Tehát így is el lehet képzelni.

Említettem tehát, hogy a szén-12-t

a protonok száma határozza meg.

Az oxigént a 8 protonja határozza meg.

De ismétlem, az elektronok kölcsönhatásba
léphetnek más elektronokkal,

elragadhatják őket más atomok.

Kémiai ismereteink nagy része azon alapul,

hogy hány elektronja van
egy adott atomnak

vagy egy adott elemnek,

és ezek az elektronok
hogyan helyezkednek el,

vagy más elemek elektronjai
hogyan helyezkednek el,

vagy esetleg ugyanazon elem
többi atomjai...

Megjósolhatjuk, hogy egy elem atomja

hogyan lép kölcsönhatásba
ugyanazon elemnek egy másik atomjával,

vagy egy elem atomja hogyan reagál,

hogyan köti, vonzza

vagy taszítja egy másik elem atomját.

Így például

– erről később sokkal többet fogunk tanulni –

előfordul, hogy egy másik atom

elektront vesz el a széntől,

pusztán amiatt, mert valamilyen okból

bizonyos elemek semleges atomjainak

nagyobb az elektronaffinitása, mint másoké.

Ezek közül valamelyik

elvehet egy elektront a széntől,

és így a szénnek

kevesebb elektronja lesz, mint protonja.

5 elektronja lesz és 6 protonja,

így egy pozitív töltésre tesz szert.

A szén-12-ben, amiről legelőször beszéltem,

6 proton és 6 elektron volt,

a töltések kiegyenlítették egymást.

Ha elveszít egy elektront,
akkor csak 5 marad,

ami összesítve egy pozitív töltést jelent.

Erről jóval többet fogunk még beszélni

a kémiás videókban,

de remélhetőleg már belátod,

hogy ez mennyire izgalmas téma.

Eljutottunk az alapvető építőegységekig,

amelyeket atomoknak nevezünk.

Ami még ennél is szebb,
hogy ezek az alapvető építőegységek

még alapvetőbb építőegységekből épülnek fel.

Ezek az egységek cserélődhetnek,

és megváltoztathatják az atomok jellemzőit,

vagy akár átjuthatnak
az adott elem egy atomjáról

egy másik elem atomjára is.