WEBVTT 00:00:00.542 --> 00:00:03.027 Мы, люди, на протяжении тысячелетий, 00:00:03.027 --> 00:00:06.639 просто в результате наблюдений за окружающей нас средой, знали, что существуют различные вещества, 00:00:06.639 --> 00:00:09.911 и эти вещества склонны проявлять различные свойства. 00:00:09.911 --> 00:00:11.407 Они не просто отличались свойствами; 00:00:11.407 --> 00:00:14.191 они могли отражать свет каким-то определенным образом или не отражать его вовсе, 00:00:14.191 --> 00:00:17.570 быть определенного цвета, иметь определенную температуру и, при определенной температуре, 00:00:17.570 --> 00:00:20.128 быть жидкостью, газом или твердым телом. 00:00:20.128 --> 00:00:24.718 Мы начали замечать, как они реагируют друг с другом при определенных условиях. 00:00:24.718 --> 00:00:27.097 Вот изображения этих веществ: 00:00:27.097 --> 00:00:31.381 вот углерод в форме графита, 00:00:31.381 --> 00:00:35.880 вот свинец, и вот золото. 00:00:35.880 --> 00:00:38.743 Все те вещества, что я нарисовал и показал на картинках, 00:00:38.743 --> 00:00:41.467 я взял вот с этого сайта. 00:00:41.467 --> 00:00:45.061 Все они в твердом состоянии, но нам также известно, что мы... 00:00:45.061 --> 00:00:47.316 Это выглядит так, как если бы в них были определенные виды воздуха, 00:00:47.316 --> 00:00:49.059 определенные виды частиц воздуха, 00:00:49.059 --> 00:00:51.764 и, в зависимости от того, на какой из типов частиц воздуха вы смотрите, 00:00:51.764 --> 00:00:55.554 будь это углерод, кислород или азот, 00:00:55.554 --> 00:00:57.599 они проявляют различные свойства. 00:00:57.765 --> 00:01:02.352 Жидкостями могут быть различные вещества, если вы разогреете их до достаточно высокой температуры. 00:01:02.352 --> 00:01:05.364 Если вы разогреете до определенной температуры золото или свинец, 00:01:05.364 --> 00:01:06.141 вы можете получить жидкость. 00:01:06.141 --> 00:01:10.135 Или, если вы... если вы сожжёте углерод, 00:01:10.311 --> 00:01:13.524 вы сможете получить его в газообразном состоянии, сможете выпустить его в атмосферу, 00:01:13.524 --> 00:01:14.933 сможете разрушить его структуру. 00:01:14.933 --> 00:01:17.423 Это - те вещи, которые все мы, в некоторой мере... 00:01:17.423 --> 00:01:20.690 те вещи, которые человечество наблюдало в течении тысячелетий. 00:01:20.914 --> 00:01:22.302 И это приводит нас к естественному вопросу, 00:01:22.302 --> 00:01:24.319 который считался прежде философским, 00:01:24.319 --> 00:01:26.393 но теперь может получить более однозначный ответ. 00:01:26.393 --> 00:01:31.184 Если вы продолжите разрушать этот углерод 00:01:31.184 --> 00:01:33.373 на всё более и более мелкие частицы, 00:01:33.373 --> 00:01:35.940 то существует ли некая мельчайшая частица, 00:01:35.940 --> 00:01:40.084 самая маленькая возможная часть этого вещества, 00:01:40.084 --> 00:01:43.087 которая по-прежнему сохраняла бы его, углерода, свойства? 00:01:43.087 --> 00:01:45.459 Так, что если бы вы каким либо образом продолжили дальнейшее разрушение, 00:01:45.459 --> 00:01:47.590 то потеряли бы эти свойства? 00:01:47.590 --> 00:01:49.891 И ответ: существует. 00:01:49.891 --> 00:01:51.787 Просто чтобы понять нашу терминологию: 00:01:51.787 --> 00:01:56.336 эти различные чистые вещества, 00:01:56.336 --> 00:01:59.284 обладающие определенными свойствами при определенных температурах 00:01:59.284 --> 00:02:00.851 и реагирующие определенным образом, 00:02:00.851 --> 00:02:05.040 мы называем элементами. 00:02:05.040 --> 00:02:08.760 Углерод - это элемент. Свинец - это элемент. Золото - это элемент. 00:02:08.760 --> 00:02:11.001 Вы могли бы сказать, что и вода - это элемент. 00:02:11.001 --> 00:02:14.396 И в прошлом люди говорили о воде, как об элементе. 00:02:14.396 --> 00:02:18.045 Но сегодня мы знаем, что вода состоит из более простых элементов. 00:02:18.045 --> 00:02:20.755 Она состоит из кислорода и водорода. 00:02:20.755 --> 00:02:24.998 Все известные нам элементы перечислены здесь, 00:02:24.998 --> 00:02:27.778 в периодической таблице химических элементов. 00:02:27.778 --> 00:02:29.432 Углерод обозначается "C", "Carbon" 00:02:29.432 --> 00:02:32.426 Сейчас я скажу лишь о тех, что наиболее важны для человечества, 00:02:32.426 --> 00:02:35.370 но со временем вы, вероятно, познакомитесь с каждым из них. 00:02:35.370 --> 00:02:39.354 Это кислород. Это азот. Это кремний. 00:02:39.354 --> 00:02:43.137 Это "Au", золото. Это - свинец. 00:02:43.137 --> 00:02:52.355 Наиболее мелкой частичкой любого из этих элементов является атом. 00:02:52.355 --> 00:02:56.852 Так, если вы продолжите начатое и будете продолжать дробить вещество на всё более мелкие части, 00:02:56.852 --> 00:02:59.590 в конце концов вы получите атом углерода. 00:02:59.590 --> 00:03:02.806 Сделайте то же самое с золотом, и вы получите атом золота. 00:03:02.806 --> 00:03:07.164 Проделав то же со свинцом, вы получите некоторое количество этой, за неимением лучшего слова, 00:03:07.164 --> 00:03:09.487 частицы, называемой атомом свинца. 00:03:09.487 --> 00:03:13.565 Вы уже не сможете расщепить его, но это всё ещё будет свинец, 00:03:13.565 --> 00:03:16.710 так как он по-прежнему обладает свойствами свинца. 00:03:16.710 --> 00:03:18.729 И просто для того, чтобы дать вам представление, 00:03:18.729 --> 00:03:20.960 (а это - то, что мне всегда было сложно представить) 00:03:20.960 --> 00:03:24.489 о том, что атомы невообразимо малы. 00:03:24.489 --> 00:03:25.944 Совершенно серьезно, невообразимо малы. 00:03:25.944 --> 00:03:27.505 Например, углерод. 00:03:27.505 --> 00:03:29.531 Мои волосы сделаны из углерода. 00:03:29.531 --> 00:03:36.152 Большая часть меня сделана из углерода. Большая часть живых существ сделана из углерода. 00:03:36.157 --> 00:03:42.032 Итак, посмотрите на мои волосы. Мои волосы - углерод. Мои волосы - это в основном углерод. 00:03:42.033 --> 00:03:46.606 Так, если бы мы взяли мои волосы... Мои волосы не желтого цвета, но они прекрасно контрастируют с черным. 00:03:46.606 --> 00:03:49.822 У меня черные волосы. Если бы я показал их на экране, вы бы не смогли их увидеть. 00:03:49.822 --> 00:03:54.980 Но если бы вы посмотрели на мои волосы, я бы спросил вас: сколько атомов углерода мой волос в ширину? 00:03:54.994 --> 00:04:02.671 Как если бы вы разрезали мой волос, поперёк, а не вдоль, и спросили: сколько атомов углерода он в ширину? 00:04:02.671 --> 00:04:07.224 Вы могли бы догадаться, "о, он уже сказал мне, что они очень малы, 00:04:07.224 --> 00:04:10.533 так что здесь может быть целая тысяча углеродных атомов, или десять тысяч, или сто тысяч", 00:04:10.533 --> 00:04:11.630 а я бы сказал: "нет!". 00:04:11.630 --> 00:04:14.333 Здесь один миллион атомов углерода. 00:04:14.333 --> 00:04:21.318 Вы можете растянуть один миллион атомов углерода в струну, длина которой будет равна толщине волоса. 00:04:21.318 --> 00:04:26.750 Разумеется, это лишь приближение, их не ровно 1,000,000. Но это позволяет вам почувствовать, насколько же малы атомы. 00:04:26.750 --> 00:04:31.137 Вырвите волос из своей головы и представьте, как бы вы поместили один миллион предметов 00:04:31.137 --> 00:04:37.564 рядом друг с другом по ширине этого волоса. 00:04:37.564 --> 00:04:42.904 Сложно даже увидеть, какой толщины волос. И там находится один миллион атомов углерода. 00:04:42.904 --> 00:04:46.414 Это довольно круто уже само по себе. 00:04:46.414 --> 00:04:51.246 Нам известно, что существуют наименьшие частицы, "строительные блоки", "кирпичики" углерода, 00:04:51.246 --> 00:04:54.138 и не только углерода, но и всех остальных элементов. 00:04:54.138 --> 00:04:58.585 Но что ещё круче, так это то, что эти блоки связаны между собой. 00:04:58.585 --> 00:05:02.794 Атом углерода состоит из ещё более "фундаментальных" частиц. 00:05:02.794 --> 00:05:07.567 Атом золота состоит из ещё более фундаментальных частиц. 00:05:07.567 --> 00:05:12.782 Сами элементы определяются тем, как организованы эти фундаментальные частицы. 00:05:12.782 --> 00:05:15.932 Если бы вы могли изменять количество имеющихся у элемента элементарных частиц, 00:05:15.932 --> 00:05:18.133 вы смогли бы изменять свойства этого элемента, 00:05:18.133 --> 00:05:18.936 то, как он вступает в реакции, 00:05:18.936 --> 00:05:22.193 или же вы могли бы изменить сам элемент на другой. 00:05:22.193 --> 00:05:24.969 Просто для того, чтобы лучше понять. 00:05:24.969 --> 00:05:27.896 Давайте поговорим об этих фундаментальных частицах. 00:05:27.896 --> 00:05:32.939 Итак, у вас есть протон. 00:05:32.939 --> 00:05:35.101 Протон определяет... 00:05:35.101 --> 00:05:45.473 Число протонов в ядре атома, о котором мы поговорим позже, определяет элемент. 00:05:45.473 --> 00:05:48.279 Если вы посмотрите на периодическую таблицу, то увидите, 00:05:48.279 --> 00:05:50.348 что элементы расположены в порядке возрастания атомных номеров, 00:05:50.348 --> 00:05:54.823 а атомные номера - это количество протонов в элементе. 00:05:54.823 --> 00:05:58.496 По определению, водород обладает одним протоном. 00:05:58.496 --> 00:06:02.844 Гелий обладает двумя, углерод - шестью. 00:06:02.844 --> 00:06:05.304 Не может быть углерода с 7 протонами. 00:06:05.304 --> 00:06:07.160 Если бы он был, то он был бы азотом, 00:06:07.160 --> 00:06:08.802 об бы больше не был углеродом. 00:06:08.802 --> 00:06:10.899 У кислорода 8 протонов. 00:06:10.899 --> 00:06:12.816 Если бы вы каким-либо образом добавили к ним ещё один протон, 00:06:12.816 --> 00:06:14.381 то кислород не был бы больше кислородом. 00:06:14.381 --> 00:06:20.004 Он стал бы фтором. Протоны определяют элементы. 00:06:20.004 --> 00:06:25.020 И атомное число, число протонов в ядре... 00:06:25.020 --> 00:06:27.628 запомните, это тот номер, что записан вот здесь 00:06:27.628 --> 00:06:29.829 для каждого из элементов в таблице. 00:06:29.829 --> 00:06:32.911 Число протонов равняется атомному числу, 00:06:32.911 --> 00:06:37.341 порядковому номеру элемента. 00:06:37.341 --> 00:06:41.140 Эти номера записаны здесь потому, что ими определяются свойства элементов. 00:06:41.140 --> 00:06:45.873 Две другие составные части атома 00:06:45.873 --> 00:06:47.402 (я думаю, мы могли бы их так называть) 00:06:47.402 --> 00:06:54.832 - это электрон и нейтрон. 00:06:54.832 --> 00:06:57.700 Модель, которую вы начали строить в своей голове, 00:06:57.700 --> 00:07:00.954 как вы увидите по мере своего продвижения по химической науке, 00:07:00.954 --> 00:07:02.808 в будущем станет немного более абстрактной 00:07:02.808 --> 00:07:04.703 и достаточно сложной для осмысления. 00:07:04.703 --> 00:07:06.131 Можно думать о ней так: 00:07:06.131 --> 00:07:09.780 у вас есть протоны и нейтроны, находящиеся в центре атома, 00:07:09.780 --> 00:07:11.028 они - ядро атома. 00:07:11.028 --> 00:07:14.834 К примеру, углерод, как нам известно, имеет 6 протонов. 00:07:14.834 --> 00:07:18.243 Так что один, два, три, четыре, пять, шесть. 00:07:18.243 --> 00:07:22.301 Углерод-12, являющийся одной из вариаций атома углерода, 00:07:22.301 --> 00:07:24.056 также будет иметь шесть нейтронов. 00:07:24.056 --> 00:07:25.981 Вы можете иметь различные вариации углерода, 00:07:25.981 --> 00:07:27.775 различающиеся между собой количеством нейтронов. 00:07:27.775 --> 00:07:30.237 Количество нейтронов и электронов может меняться, 00:07:30.237 --> 00:07:31.966 но это будет всё тот же элемент. 00:07:31.966 --> 00:07:33.332 Протоны меняться не могут. 00:07:33.332 --> 00:07:35.582 Если вы изменяете число протонов, вы получаете другой элемент. 00:07:35.582 --> 00:07:39.050 Давайте я нарисую ядро углерода-12. 00:07:39.050 --> 00:07:42.991 Раз, два, три, четыре, пять, шесть. 00:07:42.991 --> 00:07:46.415 Вот перед нами ядро углерода-12. 00:07:46.415 --> 00:07:48.039 Иногда оно может быть записано в таком виде. 00:07:48.039 --> 00:07:52.275 Иногда может быть записано также и количество протонов. 00:07:52.275 --> 00:07:56.197 Причина того, что мы называем его углеродом-12, 00:07:56.197 --> 00:07:58.736 (а здесь я отсчитал шесть нейтронов) 00:07:58.736 --> 00:08:04.509 заключается в том, что общее... это один из возможных взглядов на этот вопрос, 00:08:04.509 --> 00:08:11.758 мы подробнее рассмотрим его позже. 12 - это общее число протонов и нейтронов в ядре атома элемента. 00:08:11.758 --> 00:08:15.116 Углерод по определению имеет атомный номер 6, 00:08:15.116 --> 00:08:18.716 но мы можем написать это здесь, просто затем, чтобы напомнить себе об этом. 00:08:18.716 --> 00:08:21.461 Итак, в центре углеродного атома находится такое ядро. 00:08:21.461 --> 00:08:24.649 Углерод-12 будет иметь в нём 6 протонов и 6 нейтронов. 00:08:24.649 --> 00:08:27.414 Другая версия углерода, углерод-14, будет по-прежнему 00:08:27.414 --> 00:08:30.919 иметь 6 протонов, но будет иметь 8 нейтронов. 00:08:30.919 --> 00:08:32.510 Таким образом, число нейтронов может варьироваться. 00:08:32.510 --> 00:08:34.123 Но вот перед нами углерод-12, 00:08:34.123 --> 00:08:36.858 и если углерод-12 [электро]нейтрален, 00:08:36.858 --> 00:08:40.516 (это слово я также поясню чуть позже) 00:08:40.516 --> 00:08:43.442 если он нейтрален, то он будет также иметь и 6 электонов. 00:08:43.442 --> 00:08:45.458 Давайте я нарисую эти шесть электронов. 00:08:45.458 --> 00:08:49.340 Раз, два, три, четыре, пять, шесть. 00:08:49.340 --> 00:08:52.455 Один из способов... и, возможно, простейший способ 00:08:52.455 --> 00:08:58.849 представить себе взаимоотношения между электронами и ядром - это представить себе, как электроны 00:08:58.849 --> 00:09:02.909 двигаются вокруг ядра, носятся вокруг него. 00:09:02.909 --> 00:09:08.113 Вы можете представить их движущимися вокруг ядра по орбитам, но это не совсем правильно. 00:09:08.113 --> 00:09:11.656 Они не двигаются по орбитам, как это делают планеты вокруг Солнца. 00:09:11.656 --> 00:09:13.864 Но это хорошая отправная точка. 00:09:13.864 --> 00:09:18.540 Другой способ представить их движение - как будто бы они "прыгают" вокруг ядра, или "роятся" вокруг него. 00:09:18.540 --> 00:09:22.113 Всё это необходимо только из-за того, что реальность становится очень странной в этом месте. 00:09:22.113 --> 00:09:26.413 Нам придётся податься в квантовую физику для того, чтобы понять, что на самом деле делает электрон. 00:09:26.413 --> 00:09:29.733 Но первой мысленной моделью в вашей голове должно быть то, 00:09:29.733 --> 00:09:34.137 что в центре этого атома, атома углерода-12, находится ядро. 00:09:34.137 --> 00:09:37.023 Вот это ядро. 00:09:37.023 --> 00:09:40.726 И эти электроны перемещаются вокруг этого ядра. 00:09:40.726 --> 00:09:45.377 И причина того, что эти электроны перемещаются вокруг ядра, никуда от него не отлетая, 00:09:45.377 --> 00:09:47.528 причина того, что они, в некотором роде, привязаны к этому ядру, 00:09:47.528 --> 00:09:49.451 и того, что они являются частью этого атома, 00:09:49.451 --> 00:09:54.409 заключается в том, что протоны обладают положительным электрическим зарядом, 00:09:54.409 --> 00:09:57.931 а электроны обладают отрицательным. 00:09:57.931 --> 00:10:02.535 Это одно из свойств этих фундаментальных частиц. 00:10:02.535 --> 00:10:05.413 Когда вы начинаете задумываться о том, чем в принципе является заряд, 00:10:05.413 --> 00:10:07.060 это оказывается достаточно глубоким вопросом. 00:10:07.060 --> 00:10:10.715 Но что нам достоверно известно об электромагнитных взаимодействиях, 00:10:10.715 --> 00:10:13.273 так это то, что противоположные заряды притягиваются друг к другу. 00:10:13.273 --> 00:10:15.296 Так что лучше всего представить себе это так: 00:10:15.296 --> 00:10:19.905 протоны и электроны притягиваются друг к другу потому, что имеют противоположные электрические заряды. 00:10:19.905 --> 00:10:25.128 Нейтроны нейтральны, так что они просто находятся внутри ядра 00:10:25.128 --> 00:10:33.115 и на некотором уровне влияют оттуда на свойства конкретных атомов и конкретных элементов. 00:10:33.115 --> 00:10:38.561 Причина того, что электроны не разлетаются во все стороны, заключается в том, что они притягиваются. 00:10:38.561 --> 00:10:42.293 Они притягиваются к ядру. 00:10:42.293 --> 00:10:45.131 И ещё они обладают невероятной скоростью. 00:10:45.131 --> 00:10:51.206 Это достаточно сложно... мы снова прикасаемся к очень странному разделу физики, 00:10:51.206 --> 00:10:54.017 когда начинаем говорить о том, что же электрон на самом деле делает 00:10:54.017 --> 00:10:55.660 но он обладает достаточно... 00:10:55.660 --> 00:11:01.344 Я полагаю, вы могли бы сказать, что он так скачет вокруг ядра, что это не позволяет ему упасть на ядро. 00:11:01.344 --> 00:11:03.488 Думаю, это один из способов взглянуть на этот вопрос. 00:11:03.488 --> 00:11:09.948 Итак, я упомянул углерод-12, определенный числом протонов. 00:11:09.948 --> 00:11:12.588 Кислород был бы определен по тому, что имеет 8 протонов. 00:11:12.588 --> 00:11:16.487 Но снова, электроны могут взаимодействовать с другими электронами. 00:11:16.487 --> 00:11:19.050 Они могут забираться другими атомами. 00:11:19.050 --> 00:11:23.235 И в этом заключается большая часть нашего понимания химии. 00:11:23.235 --> 00:11:27.741 Оно основано на том, как много электроном имеется у атома, у атома определенного элемента, 00:11:27.741 --> 00:11:33.984 и как эти электроны распределены, как распределены электроны других элементов, 00:11:33.984 --> 00:11:36.326 или, может быть, других атомов того же самого элемента? 00:11:36.326 --> 00:11:43.152 Мы можем предсказывать, как атом одного элемента мог бы прореагировать с другим атомом того же элемента, 00:11:43.152 --> 00:11:46.971 или как атом одного элемента реагировал бы, 00:11:46.971 --> 00:11:52.399 как бы он образовывал связи с, как бы притягивался к или отталкивал бы другой атом другого элемента. 00:11:52.399 --> 00:11:56.530 К примеру, - я расскажу много всего об этом в будущем, - это: 00:11:56.530 --> 00:12:02.937 атом другого элемента может забрать себе принадлежащий углероду электрон, 00:12:02.937 --> 00:12:04.973 в силу некоторых причин. 00:12:04.973 --> 00:12:10.624 Позже мы поговорим о том, что конкретные нейтральные атомы конкретных элементов 00:12:10.624 --> 00:12:13.852 обладают более сильной способностью притягивать электроны, чем другие. 00:12:13.852 --> 00:12:16.832 И один из таких атомов мог бы "украсть" электрон у углерода, 00:12:16.832 --> 00:12:20.851 и тогда углерод имел бы меньше электронов, чем он имеет протонов, 00:12:20.851 --> 00:12:25.196 пять электронов против шести протонов. 00:12:25.196 --> 00:12:27.842 Такой углерод обладал бы положительным зарядом. 00:12:27.842 --> 00:12:33.044 Углерод-12, который я нарисовал в начале, имел по 6 протонов и нейтронов, 00:12:33.044 --> 00:12:34.589 и они нейтрализовали заряды друг друга. 00:12:34.589 --> 00:12:37.021 Если бы я потерял электрон, то у меня бы осталось 5 электронов, 00:12:37.021 --> 00:12:39.037 и тогда я имел бы положительный заряд. 00:12:39.037 --> 00:12:42.943 И мы ещё много раз поговорим об этом за время нашего курса, 00:12:42.943 --> 00:12:46.065 но, надеюсь, вы чувствуете, насколько всё это становится круто. 00:12:46.065 --> 00:12:52.936 Мы уже можем добраться до этого фундаментального "кирпичика", называемого атомом. 00:12:52.936 --> 00:12:55.758 А ещё круче то, что эти фундаментальные "кирпичики" сами построены 00:12:55.758 --> 00:12:58.609 из ещё более фундаментальных "кирпичиков"! 00:12:58.609 --> 00:13:07.824 И все эти вещи могут меняться, изменяя свойства атома, или даже переходить от атома одного элемента к атому другого.