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.