WEBVTT 00:00:00.030 --> 00:00:02.059 Wij mensen weten al duizenden jaren 00:00:02.059 --> 00:00:05.046 alleen maar door naar onze omgeving te kijken 00:00:05.046 --> 00:00:08.013 dat er verschillende stoffen bestaan en dat deze verschillende stoffen 00:00:08.013 --> 00:00:10.026 verschillende eigenschappen hebben. 00:00:10.026 --> 00:00:11.066 Niet alleen hebben ze verschillende eigenschappen, 00:00:11.066 --> 00:00:13.076 ze kunnen licht op een bepaalde manier wel of niet reflecteren 00:00:13.076 --> 00:00:17.064 of een bepaalde kleur hebben of bij een bepaalde temperatuur vast, vloeibaar of 00:00:17.066 --> 00:00:23.028 gasvormig zijn. Maar we gaan ook zien hoe ze met elkaar reageren 00:00:23.028 --> 00:00:26.013 in bepaalde omstandigheden. Hier zijn beelden 00:00:26.013 --> 00:00:31.009 van sommige van deze stoffen. Dit hier is koolstof in zijn grafietvorm. 00:00:31.009 --> 00:00:35.075 Dit hier rechts is lood en dit hier is goud. 00:00:35.075 --> 00:00:38.013 Dat vond ik allemaal 00:00:38.013 --> 00:00:41.000 op deze website daar bovenaan. 00:00:41.000 --> 00:00:44.033 Deze zijn in hun vaste vorm, maar we weten ook dat 00:00:44.033 --> 00:00:48.050 ze bestaan uit bepaalde typen 00:00:48.050 --> 00:00:51.060 deeltjes en afhankelijk van het type deeltjes 00:00:51.060 --> 00:00:55.093 of het nu koolstof, zuurstof of stikstof is, heeft de stof 00:00:55.093 --> 00:00:58.053 verschillende eigenschappen. Andere stoffen 00:00:58.053 --> 00:01:01.048 kunnen vloeibaar zijn. Als je de temperatuur genoeg verhoogt, 00:01:01.048 --> 00:01:05.046 kunnen ze smelten. Ook goud of lood. 00:01:05.046 --> 00:01:10.007 Als je koolstof verbrandt, 00:01:10.007 --> 00:01:13.053 krijg je een gasvormige stof. 00:01:13.053 --> 00:01:14.073 Je kan de structuur ervan veranderen. 00:01:14.073 --> 00:01:17.093 Dit neemt de mensheid al 00:01:17.093 --> 00:01:20.020 duizenden jaren lang waar. 00:01:20.020 --> 00:01:23.079 Vroeger bleef dat een filosofische vraag, 00:01:23.079 --> 00:01:26.006 maar nu kunnen we ze een beetje beter beantwoorden. 00:01:26.006 --> 00:01:31.006 Die vraag is: als je koolstof blijft opdelen 00:01:31.006 --> 00:01:35.082 in steeds kleinere stukjes, is er dan een kleinste stuk 00:01:35.082 --> 00:01:39.086 van dit spul, van deze stof 00:01:39.086 --> 00:01:43.016 dat nog steeds de eigenschappen van koolstof heeft? 00:01:43.016 --> 00:01:45.053 Als je daarna op een of andere manier nog verder zou doorgaan met opdelen 00:01:45.053 --> 00:01:47.066 zou je dan de eigenschappen van koolstof kwijtraken? 00:01:47.066 --> 00:01:49.079 Het antwoord is: ja. 00:01:49.079 --> 00:01:54.073 Deze zuivere stoffen 00:01:54.073 --> 00:01:58.093 noemen we dan 'enkelvoudige stoffen'. 00:01:58.093 --> 00:02:02.013 Ze bevatten slechts één soort atomen. 00:02:02.013 --> 00:02:05.013 Dat noemen we een element. 00:02:05.013 --> 00:02:08.046 Koolstof is een element, lood is een element, goud is een element. 00:02:08.046 --> 00:02:11.086 Je zou kunnen denken dat water een element is en in de loop van de geschiedenis 00:02:11.086 --> 00:02:15.006 hebben mensen water een element genoemd, maar nu weten we 00:02:15.006 --> 00:02:18.000 dat water is opgebouwd uit meerdere elementen. 00:02:18.000 --> 00:02:20.075 Het is gemaakt van zuurstof en waterstof. 00:02:20.075 --> 00:02:27.044 Alle elementen worden vermeld in het periodiek systeem der elementen. 00:02:27.044 --> 00:02:30.093 C staat voor koolstof - ik doorloop even 00:02:30.093 --> 00:02:33.053 de zeer relevante voor de mensheid - maar na verloop van tijd zul je waarschijnlijk 00:02:33.053 --> 00:02:35.013 ook vertrouwd raken met de meeste andere. 00:02:35.013 --> 00:02:39.013 Dit is zuurstof, dit is stikstof, dit is silicium. 00:02:39.013 --> 00:02:42.086 Dit is goud (Au). Dat is lood. 00:02:42.086 --> 00:02:49.053 De fundamentele eenheid van deze elementen is het atoom. 00:02:51.099 --> 00:02:54.086 Als je zou kunnen blijven opdelen in steeds 00:02:54.086 --> 00:02:58.007 kleinere en kleinere stukjes houd je uiteindelijk 00:02:58.007 --> 00:02:59.081 één koolstofatoom over. 00:02:59.081 --> 00:03:02.059 Met goud zou je eindigen met één goudatoom 00:03:02.059 --> 00:03:04.066 Met dit 00:03:04.066 --> 00:03:07.073 zou je één looddeeltje 00:03:07.073 --> 00:03:09.019 of loodatoom krijgen. 00:03:09.019 --> 00:03:11.014 Dat kan je niet verder opdelen 00:03:11.014 --> 00:03:16.048 terwijl het toch nog de eigenschappen van lood zou behouden. 00:03:16.048 --> 00:03:19.099 Alleen maar om je eenidee te geven - dit is echt iets waar ik moeite mee heb 00:03:19.099 --> 00:03:24.019 om het me voor te stellen - is dat atomen ongelooflijk klein zijn. 00:03:24.019 --> 00:03:27.033 Echt, onvoorstelbaar klein. Bijvoorbeeld koolstof. 00:03:27.033 --> 00:03:31.000 Mijn haar bevat ook koolstof. Heel veel van mij 00:03:31.000 --> 00:03:32.026 bestaat uit koolstof. 00:03:32.026 --> 00:03:36.013 Ook alle andere levende wezens bevatten veel koolstof. 00:03:36.013 --> 00:03:40.010 Ook mijn haar. 00:03:40.010 --> 00:03:42.000 Mijn haar bevat veel koolstof. 00:03:42.000 --> 00:03:44.076 Mijn haar is niet geel, 00:03:44.076 --> 00:03:46.076 maar het contrasteert mooi met zwart. 00:03:46.076 --> 00:03:49.008 Mijn haar is zwart, maar als ik het zo tekende, zag je het niet 00:03:49.008 --> 00:03:50.026 op het scherm. 00:03:50.026 --> 00:03:52.043 Maar hoeveel koolstofatomen 00:03:52.043 --> 00:03:55.019 gaan er nu in de breedte van mijn haar? 00:03:55.019 --> 00:03:58.046 In een dwarsdoorsnede van mijn haar, niet de lengte, 00:03:58.046 --> 00:04:02.034 maar in de breedte van mijn haar: hoeveel koolstof atomen gaan erin? 00:04:02.034 --> 00:04:07.040 Je zou kunnen denken: "Ach, Sal heeft mij al verteld dat het heel klein is, 00:04:07.040 --> 00:04:09.015 dus misschien kunnen er een duizend koolstofatomen in, 00:04:09.015 --> 00:04:10.082 of tienduizend of honderdduizend." 00:04:10.082 --> 00:04:14.032 Dan zeg ik: "Nee! Er gaan een miljoen koolstofatomen in. 00:04:14.032 --> 00:04:18.066 Een miljoen koolstofatomen over de hele breedte 00:04:18.066 --> 00:04:21.053 van een gemiddeld menselijk haar. 00:04:21.053 --> 00:04:23.000 Natuurlijk een benadering, het is niet precies 00:04:23.000 --> 00:04:25.066 een miljoen. Maar dat geeft je een gevoel van hoe klein 00:04:25.066 --> 00:04:28.013 een atoom is. Trek een haar uit je hoofd 00:04:28.013 --> 00:04:31.080 en stel je een miljoen dingen naast elkaar voor 00:04:31.080 --> 00:04:37.013 over het haar, niet over de lengte, maar over de breedte van het haar. 00:04:37.013 --> 00:04:39.006 Het is zelfs moeilijk de breedte van één haar te zien. 00:04:39.006 --> 00:04:40.093 En daar kan je een miljoen koolstofatomen 00:04:40.093 --> 00:04:42.073 op plaatsen. 00:04:42.073 --> 00:04:46.039 Dat is al cool op zichzelf - 00:04:46.039 --> 00:04:50.097 te weten dat deze meest elementaire bouwsteen 00:04:50.097 --> 00:04:53.093 van koolstof of enig ander element bestaat. 00:04:53.093 --> 00:04:57.049 Maar wat nog straffer is, is dat die fundamentele bouwstenen 00:04:57.049 --> 00:05:00.066 aan elkaar verwant zijn. Elk koolstofatoom is gemaakt van 00:05:00.066 --> 00:05:02.055 nog fundamentelere deeltjes. 00:05:02.055 --> 00:05:07.094 Een goudatoom is opgebouwd uit nog fundamentelere deeltjes. 00:05:07.094 --> 00:05:11.066 Ze zijn in feite bepaald door het aantal 00:05:11.066 --> 00:05:14.033 fundamentelere deeltjes, en als je het aantal ervan 00:05:14.033 --> 00:05:16.006 zou wijzigen, kon je 00:05:16.006 --> 00:05:18.073 de eigenschappen van dat element wijzigen, hoe het zou reageren. 00:05:18.073 --> 00:05:22.019 Het zou een ander element zijn geworden. 00:05:22.019 --> 00:05:24.066 Om dit een beetje beter te begrijpen, 00:05:24.066 --> 00:05:27.056 gaan we praten over die fundamentelere deeltjes. 00:05:27.056 --> 00:05:32.074 Daar heb je het proton. 00:05:32.074 --> 00:05:36.015 Het aantal 00:05:36.015 --> 00:05:39.008 protonen in de kern van een atoom - straks heb ik het 00:05:39.008 --> 00:05:42.039 over de kern - bepaalt het element. 00:05:42.039 --> 00:05:44.060 Dat is wat een element definieert. 00:05:44.060 --> 00:05:47.080 In het periodiek systeem hier zijn de elementen eigenlijk 00:05:47.080 --> 00:05:51.057 geschreven in de volgorde van het atoomnummer en het atoomnummer is 00:05:51.057 --> 00:05:54.066 letterlijk het aantal protonen van het element. 00:05:54.066 --> 00:05:58.066 Waterstof heeft één proton. 00:05:58.066 --> 00:06:02.080 Helium heeft er twee. Koolstof zes. 00:06:02.080 --> 00:06:05.033 Je kunt geen koolstof hebben met zeven protonen. 00:06:05.033 --> 00:06:08.089 Dan zou het stikstof zijn, geen koolstof. 00:06:08.089 --> 00:06:11.063 Zuurstof heeft acht protonen. Als je er 00:06:11.063 --> 00:06:14.005 een ander proton zou aan toevoegen, zou het geen zuurstof, 00:06:14.005 --> 00:06:18.033 maar fluor zijn. Het definieert het element. 00:06:18.033 --> 00:06:20.006 Het definieert het element. 00:06:20.006 --> 00:06:22.096 Het atoomnummer, 00:06:22.096 --> 00:06:26.007 het aantal protonen - dat is het getal 00:06:26.007 --> 00:06:28.047 dat hier boven elk van de 00:06:28.047 --> 00:06:31.006 elementen in het periodiek systeem staat geschreven - het aantal protonen 00:06:31.006 --> 00:06:34.013 is gelijk aan het atoomnummer. 00:06:34.013 --> 00:06:36.085 is gelijk aan het atoomnummer. 00:06:36.086 --> 00:06:38.029 Dat getal staat hier bovenaan 00:06:38.029 --> 00:06:41.006 omdat het het bepalende kenmerk van een element is. 00:06:41.006 --> 00:06:46.013 De andere twee bestanddelen van een atoom - 00:06:46.013 --> 00:06:50.093 ik denk dat we ze zo mogen noemen - zijn het elektron 00:06:50.093 --> 00:06:53.033 en het neutron. 00:06:55.007 --> 00:06:57.054 Zo kunnen we ons een idee vormen van een atoom. 00:06:57.054 --> 00:07:00.042 Het model dat we in de chemie zullen hanteren, 00:07:00.042 --> 00:07:03.050 zal een beetje abstract en moeilijk 00:07:03.050 --> 00:07:06.013 voor te stellen zijn. Stel je 00:07:06.013 --> 00:07:08.053 de protonen en de neutronen voor 00:07:08.053 --> 00:07:09.082 in het midden van het atoom. 00:07:09.082 --> 00:07:11.060 Zij zijn de kern van het atoom. 00:07:11.060 --> 00:07:14.086 Koolstof heeft bijvoorbeeld zes protonen. 00:07:14.086 --> 00:07:19.006 Dus: één, twee, drie, vier, vijf, zes. 00:07:19.006 --> 00:07:23.019 Koolstof-12, dat is één versie van koolstof, zal ook 00:07:23.019 --> 00:07:24.019 zes neutronen hebben. 00:07:24.019 --> 00:07:26.053 Je kunt versies van koolstof hebben die 00:07:26.053 --> 00:07:27.086 een ander aantal neutronen hebben. 00:07:27.086 --> 00:07:29.086 Het aantal neutronen kan veranderen, het aantal elektronen kan veranderen, 00:07:29.086 --> 00:07:31.073 maar dan blijft het nog wel hetzelfde element. 00:07:31.073 --> 00:07:33.026 Het aantal protonen mag niet veranderen. 00:07:33.026 --> 00:07:35.027 Verander je het aantal protonen, dan heb je een ander element. 00:07:35.027 --> 00:07:39.019 Ik teken een koolstof-12 kern. 00:07:39.019 --> 00:07:43.019 Zo één, twee, drie, vier, vijf, zes. 00:07:43.019 --> 00:07:46.048 Dit hier is de kern van koolstof-12. 00:07:46.048 --> 00:07:48.033 Soms zo geschreven. 00:07:48.033 --> 00:07:51.073 Soms schrijven we het aantal 00:07:51.073 --> 00:07:53.038 protonen ook. 00:07:53.038 --> 00:07:56.013 De reden waarom we koolstof-12 schrijven - 00:07:56.013 --> 00:07:58.067 je weet dat ik zes neutronen telde - 00:07:58.067 --> 00:08:02.033 is dat dit het totaal is - het totale 00:08:02.033 --> 00:08:04.083 aantal - we zullen dat later 00:08:04.083 --> 00:08:07.026 wat meer nuanceren - is dat dit het totale 00:08:07.026 --> 00:08:11.054 aantal protonen en neutronen in de kern van het atoom is. 00:08:11.054 --> 00:08:14.074 Koolstof heeft per definitie een atoomnummer van zes, 00:08:14.074 --> 00:08:18.000 maar we kunnen het hier ook schrijven zodat we het ons kunnen herinneren. 00:08:18.000 --> 00:08:21.034 In het midden van het koolstofatoom hebben we de kern. 00:08:21.034 --> 00:08:24.047 Koolstof-12 heeft zes protonen en zes neutronen. 00:08:24.047 --> 00:08:27.049 Een andere versie van koolstof, koolstof-14, zal nog steeds 00:08:27.049 --> 00:08:30.090 zes protonen hebben, maar met acht neutronen. 00:08:30.090 --> 00:08:32.046 Het aantal neutronen kan veranderen, 00:08:32.046 --> 00:08:34.013 maar dit hier is koolstof-12. 00:08:34.013 --> 00:08:38.082 Als koolstof-12 neutraal is - ik zal dat 00:08:38.082 --> 00:08:40.053 later uitleggen - 00:08:40.053 --> 00:08:43.020 als het neutraal is, zal het ook zes elektronen hebben. 00:08:43.020 --> 00:08:45.039 Ik teken die zes elektronen. 00:08:45.039 --> 00:08:49.046 Eén, twee, drie, vier, vijf, zes. 00:08:49.046 --> 00:08:52.026 Je moet je vooreerst voorstellen 00:08:52.026 --> 00:08:55.079 dat die elektronen 00:08:55.079 --> 00:08:58.060 rond de kern 00:08:58.060 --> 00:09:02.069 draaien. 00:09:02.069 --> 00:09:05.039 Een manier van denken is hen zien als in een baan 00:09:05.039 --> 00:09:08.000 rond de kern, maar dat is niet helemaal juist. 00:09:08.000 --> 00:09:10.049 Ze hebben geen baan zoals een planeet 00:09:10.049 --> 00:09:11.065 die rond de zon draait. 00:09:11.065 --> 00:09:13.074 Maar het is een goed uitgangspunt. 00:09:13.074 --> 00:09:16.026 Een andere manier is dat ze een soort zwerm rond de kern 00:09:16.026 --> 00:09:18.018 vormen. 00:09:18.067 --> 00:09:21.006 De werkelijkheid wordt erg vreemd 00:09:21.006 --> 00:09:23.026 op dit niveau en we zullen 00:09:23.026 --> 00:09:26.083 kwantumfysica nodig hebben om echt te begrijpen wat het elektron aan het doen is. 00:09:26.083 --> 00:09:30.006 Maar in een voorlopig eerste mentale model zit de kern midden 00:09:30.006 --> 00:09:32.039 in dit atoom, 00:09:32.039 --> 00:09:34.006 dit koolstof-12 atoom. 00:09:34.006 --> 00:09:36.064 Daar heb je de kern. 00:09:36.064 --> 00:09:40.073 De elektronen springen rond deze kern. 00:09:40.073 --> 00:09:44.060 De reden waarom deze elektronen niet gewoon wegvliegen 00:09:44.060 --> 00:09:47.020 van deze kern, waarom ze gebonden zijn aan deze kern 00:09:47.020 --> 00:09:50.039 en zij deel uitmaken van dit atoom, komt doordat protonen 00:09:50.039 --> 00:09:51.093 een positieve lading hebben. 00:09:51.093 --> 00:09:58.000 En elektronen hebben een negatieve lading. 00:09:58.000 --> 00:10:02.000 Het is een van de eigenschappen van deze fundamentele 00:10:02.000 --> 00:10:03.097 deeltjes. Wanneer je begint na te denken over wat lading is, 00:10:03.097 --> 00:10:05.086 wordt het 00:10:05.086 --> 00:10:06.086 wat ingewikkelder. 00:10:06.086 --> 00:10:08.039 Maar één ding 00:10:08.039 --> 00:10:10.022 over elektro-magnetische kracht kennen we. 00:10:10.022 --> 00:10:13.014 En dat is dat tegengestelde ladingen elkaar aantrekken. 00:10:13.014 --> 00:10:16.046 De beste manier om hier over na te denken is: protonen en elektronen 00:10:16.046 --> 00:10:18.013 trekken elkaar aan 00:10:18.013 --> 00:10:20.006 omdat ze verschillende ladingen hebben. 00:10:20.006 --> 00:10:23.064 Neutronen zijn neutraal, ze zitten gewoon hier 00:10:23.064 --> 00:10:26.053 in de kern en ze hebben op een bepaald niveau invloed op de eigenschappen 00:10:26.053 --> 00:10:33.000 van de atomen van bepaalde elementen. 00:10:33.000 --> 00:10:36.026 Maar de reden waarom de elektronen niet wegvliegen, 00:10:36.026 --> 00:10:38.060 is dat ze worden aangetrokken. 00:10:38.060 --> 00:10:42.033 Ze worden aangetrokken door de kern. 00:10:42.033 --> 00:10:45.006 ze hebben ook een ongelooflijk hoge snelheid - 00:10:45.006 --> 00:10:48.039 Hier komen we weer 00:10:48.039 --> 00:10:51.089 op een heel vreemd deel van de natuurkunde als we eenmaal beginnen te praten over 00:10:51.089 --> 00:10:55.033 wat een elektron eigenlijk aan het doen is. 00:10:55.033 --> 00:10:57.063 Ik denk dat je zou kunnen zeggen dat het rondspringt 00:10:57.063 --> 00:11:00.073 omdat het niet in de kern wil vallen. 00:11:00.073 --> 00:11:02.086 Zo moeten we er voorlopig over denken. 00:11:02.086 --> 00:11:08.060 Ik zei dat koolstof-12 gedefinieerd werd 00:11:08.060 --> 00:11:10.000 door het atoomnummer of het aantal protonen. 00:11:10.000 --> 00:11:12.040 Zuurstof heeft acht protonen. 00:11:12.040 --> 00:11:16.046 Maar nogmaals, elektronen kunnen met andere elektronen interageren. 00:11:16.046 --> 00:11:18.064 Ze kunnen door andere atomen worden overgenomen. 00:11:18.064 --> 00:11:23.056 Dat vormt de basis van ons begrip van de chemie. 00:11:23.056 --> 00:11:26.033 Het is gebaseerd op het aantal elektronen dat een atoom 00:11:26.033 --> 00:11:27.060 of een bepaald element heeft. 00:11:27.060 --> 00:11:29.046 Hoe die elektronen geconfigureerd zijn 00:11:29.046 --> 00:11:33.086 en hoe de elektronen van andere elementen of misschien andere atomen 00:11:33.086 --> 00:11:36.001 van dezelfde element zijn geconfigureerd. 00:11:36.001 --> 00:11:41.026 Daardoor kunnen we voorspellen hoe een atoom van een element 00:11:41.026 --> 00:11:43.033 kan reageren met een ander atoom van hetzelfde element. 00:11:43.033 --> 00:11:46.073 Of hoe een atoom van een element zou kunnen reageren, 00:11:46.073 --> 00:11:49.069 of hoe het zou kunnen worden gebonden of niet gebonden of aangetrokken 00:11:49.069 --> 00:11:52.020 of afgestoten door een atoom van een ander element. 00:11:52.020 --> 00:11:55.026 Daar zullen we later veel meer over leren. 00:11:55.026 --> 00:11:59.046 Hoe het is mogelijk voor een ander atoom 00:11:59.046 --> 00:12:02.072 om een elektron weg te nemen van een koolstofatoom. 00:12:02.073 --> 00:12:06.055 We zullen later uitleggen 00:12:06.055 --> 00:12:11.060 waarom bepaalde neutrale atomen een grotere 00:12:11.060 --> 00:12:13.079 affiniteit (bindingsneiging) voor elektronen hebben dan andere. 00:12:13.079 --> 00:12:16.004 Zo kan een dergelijk atoom een elektron wegpikken 00:12:16.004 --> 00:12:19.062 van koolstof, waarna deze koolstof minder 00:12:19.062 --> 00:12:22.096 elektronen dan protonen zal hebben. Dus vijf elektronen 00:12:22.096 --> 00:12:25.013 en zes protonen. 00:12:25.013 --> 00:12:27.079 Dan houden we een netto positieve lading over. 00:12:27.079 --> 00:12:30.003 Koolstof-12 00:12:30.003 --> 00:12:34.026 had zes protonen en zes elektronen, de ladingen hieven elkaar op. 00:12:34.026 --> 00:12:36.055 Als ik één elektron verlies, hou ik er slechts vijf over. 00:12:36.055 --> 00:12:38.093 Dan zal ik een netto positieve lading hebben. 00:12:38.093 --> 00:12:41.060 We gaan daar nog veel meer over praten, 00:12:41.060 --> 00:12:42.086 doorheen de hele chemie, 00:12:42.086 --> 00:12:44.030 maar hopelijk voel je nu al aan 00:12:44.030 --> 00:12:46.013 dat dit echt cool gaat worden. 00:12:46.013 --> 00:12:51.079 We krijgen nu al vat op deze fundamentele bouwsteen, 00:12:51.079 --> 00:12:52.073 het atoom. 00:12:52.073 --> 00:12:55.008 Nog knapper is dat deze fundamentele 00:12:55.008 --> 00:12:57.066 bouwsteen is opgebouwd uit nog fundamentelere 00:12:57.066 --> 00:12:58.066 bouwstenen. 00:12:58.066 --> 00:13:00.086 Deze dingen kunnen worden uitgewisseld 00:13:00.086 --> 00:13:03.066 om de eigenschappen van een atoom te veranderen of zelfs overgaan 00:13:03.066 --> 00:13:09.074 van het ene atoom naar het andere.